[发明专利]一种应用于雕铣机的伺服位置控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于雕铣机的伺服位置控制方法，尤其涉及一种应用于雕铣机带速度前馈及电流前馈的伺服位置控制方法，属于伺服控制技术领域。

背景技术

雕铣机是一种使用小刀具、大功率和高速主轴电机的数控机床，其特点是既可以雕刻，也可以铣削，广泛应用于精密模具粗细加工一次完成的场合。

基于图1和图2，说明雕铣机控制系统部分的基本组成：上位机10负责完成工件加工所需的轨迹规划，X轴、Y轴和Z轴的伺服驱动器工作在位置模式，负责接收上位机发送的脉冲指令，同时驱动伺服电机稳定、快速和精确地完成上位机期望的脉冲指令值。伺服电机20的旋转运动通过滚珠丝杠21转换为负载22的直线运动，雕铣机的加工精度受以下多个方面的影响：上位机规划的轨迹曲线精度、丝杠和导轨的刚性、伺服驱动器的控制性能等。

伺服驱动器的控制性能由位置控制环、速度控制环和电流控制环的综合性能来决定。位置控制器、速度控制器和电流控制器一般基于反馈信号，采用PID控制算法来实现闭环控制。由于反馈信号需要经过检测部件进行处理，具有一定的滞后性，因此伺服系统无法实现快速响应。另外，滚珠丝杠21、负载22和导轨23之间存在着摩擦力，这部分摩擦力也需要通过反馈闭环控制来克服，也影响伺服的快速响应性能，尤其体现在伺服换相点处的位置跟随误差较大。在实际的加工中，我们发现雕铣机的X轴、Y轴和Z轴在换相点处的位置误差最大，造成在换相点处工件的轮廓加工精度变差，最终的工件加工精度和加工效率也相应受到影响。

发明内容

本发明公开了一种应用于雕铣机的伺服位置控制方法，解决了现有控制方法应用于雕铣机时雕铣机的X轴、Y轴和Z轴在换相点处的位置误差较大的问题。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：

一种应用于雕铣机的位置控制方法，包括以下步骤：

第一步： 将雕铣机的上位机发送的给定位置脉冲信号与伺服电机反馈的位置脉冲信号相减后作为伺服驱动器的位置控制器的输入信号；

第二步：将伺服电机反馈的位置脉冲信号经过微分器变成伺服电机反馈的速度信号；

第三步：将位置控制器的输出信号加上前馈控制器输出的前馈速度信号，然后减去伺服电机反馈的速度信号作为速度控制器的输入信号；其中，前馈控制器将上位机发送的位置脉冲信号经过微分处理及滤波处理获得前馈速度信号；

第四步：将速度控制器的输出信号加上前馈控制器输出的电流前馈信号，然后减去伺服电机反馈的电流信号作为电流控制器的输入信号；其中，前馈控制器将前馈速度信号经过微分处理及滤波处理获得加速度信号，加速度信号乘以设定系数A得到加速度电流信号；将滚珠丝杠、负载和导轨之间的摩擦力乘以设定系数B得到摩擦力电流信号；将加速度电流信号与摩擦力电流信号相加得到电流前馈信号；

第五步：将电流控制器的输出信号作为功率驱动板的输入信号，功率驱动板输出三相交流电驱动伺服电机运行。

本发明在传统伺服控制方法的基础上，增加电流前馈的主要作用是提升伺服的速度响应，降低速度跟踪误差；在伺服的速度跟踪精度获得提升的基础上，增加速度前馈的主要作用是提升伺服的位置响应，降低伺服的位置跟踪误差。本发明中的控制方法应用于雕铣机时，减小了雕铣机的X轴、Y轴和Z轴在换相点处的位置误差，提高了工件的加工精度和加工效率。

附图说明

图1为雕铣机的结构示意图。

图2为伺服驱动器的内部控制器与信号关系示意图。

图3为本发明方法应用于雕铣机的示意图。

图4为换相点处实际的位置曲线、带前馈控制的位置曲线及不带前馈控制的位置曲线关系图。

图5为摩擦力曲线。

图6为实测的摩擦力对应的电流数据。

图7为加速度曲线。

图8为为实测的加速度对应的电流波形。

图9为带前馈控制的X轴位置偏差丝与不带前馈控制的X轴位置偏差丝关系图。

图10为带前馈控制的Y轴位置偏差丝与不带前馈控制的X轴位置偏差丝关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明。