[发明专利]用于多轴联动动态修正插补位置的全闭环运动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及到数控机床控制领域，具体地说是针对带外接位置传感装置反馈机床轴的多轴联动动态修正运动插补的全闭环运动控制方法。

背景技术

当今数控机床已被广泛应用，同时对数控机床多轴联动轮廓精度、定位精度、重复定位精度也日益提高，原来丝杠加编码器式的半闭环控制系统已不能完全满足轴复杂联动装置结构多样化所带来的运动控制要求。半闭环控制系统无法控制机床轴传动机构所产生的传动误差、高速运转时传动机构所产生热变形误差以及加工过程中传动系统磨损而产生的误差，而这些误差已经严重影响到数控机床的加工精度及其稳定性。光栅尺等外接传感装置对数控机床各坐标轴进行全闭环控制，消除上述误差，提高机床的定位精度、重复定位精度以及精度可靠性，作为提高数控机床位置精度的关键部件日益受到用户的青睐。但对于机械传动结构复杂、机械间隙较大或轴行程范围内传动线性较差的机床坐标轴来说，如果采用传统全闭环控制方式，虽然一定程度上能够满足轴定位精度、重复定位精度，但存在运动控制过程中伺服电机转速不平稳、易引起机床轴振动情况，一方面造成加工精度受到影响，另一方面还会造成加快机床传动装置的磨损。

随着现代制造业的迅速发展，机床结构也在不断发生变化，比如出现了带分配传动装置的伺服电机控制多机床坐标轴的机械结构，传统的运动控制方法已经不能很好的适用于此类机床。而此类机床传动结构复杂、机械间隙较大、轴行程范围内传动线性不稳定等，同样需要外界位置传感装置实现定位。

发明内容

针对现有运动运动控制的处理方法存在加工速度不平稳、极易产生机床振动等问题，严重影响了工件的加工精度并且降低了机床的使用寿命。本发明的目的是提供一种可根据光栅尺等外接位置传感装置及伺服电机编码器反馈动态修正运动轨迹插补位置，实现动态规划运动轨迹的方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于多轴联动动态修正插补位置的全闭环运动控制方法，包括以下步骤：

在第一个命令位置坐标上，根据采集到的各轴实际位置与电机实际位置之间的偏差，调整各轴命令位置；

对调整后的各轴命令位置矢量在被加工轨迹上投影，得到投影长度，确定修正后的命令位置；

重复上述步骤，顺序调整其他命令坐标；

当满足全闭环条件，即满足零件加工的轮廓误差所要求的程序段最大剩余长度时，停止调整；

当程序段处于混联且有后续运动段时，则将本运动段与下一运动段进行速度连接处理；否则，不对插补位置进行调整，直到当前运动段插补完成，再在系统提供的定位时长内，通过PID控制算法使轴的实际位置运动到命令位置上，完成定位。

所述定位完成后或速度连接处理后，如果有后续运动段，则继续下一段加工，如果有增轴、减轴的情况，则通过PID控制算法使与下一运动段无关的轴运动到命令位置上，其他轴继续下一段加工；如果没有后续运动段，则各轴进入半闭环控制。

所述各轴实际位置通过在移动轴外接光栅尺、球栅尺，在旋转轴外接编码器实现。

所述根据采集到的各轴实际位置与电机实际位置之间的偏差，调整各轴命令位置，具体为：

各轴的偏差计算如下：

根据以上偏差，各轴调整后命令位置坐标计算如下：

其中，P(x,y),P'(x_m,y_m)分别为轨迹上命令位置坐标、各轴调整后命令位置坐标，P_Xaxis,P_Xmotor分别为X向轴的实际位置及电机的实际位置，P_Yaxis,P_Ymotor分别为Y向轴的实际位置及电机的实际位置。

所述对调整后的各轴命令位置矢量在被加工轨迹上投影，得到投影长度，确定修正后的命令位置，具体为：

在待加工轨迹为直线的情况下，修正后轨迹上命令位置坐标P”(x_c,y_c)的坐标计算为：

(u_x,u_y)为待加工直线的单位方向矢量，L为投影长度，(x₀,y₀)为待加工直线的初始点Ps的坐标；

在待加工轨迹为圆弧的情况下，通过半径R、根据公式(5)所示，确定

根据及由公式(6)确定夹角α：

补偿方向的确定：根据公式(7)确定圆弧的旋转方向

利用公式(8)计算d值，然后根据d值的符号，判断调整的圆弧方向：