[发明专利]一种嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法

说明书

一种嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法，包括如下步骤：通过编码器反馈的当前位置和期望位置之间的偏差，得到X轴和Y轴的直接位置误差E_x和E_y，根据当前速度和期望速度之间的偏差，在一个插补周期T内积分得到间接位置误差E_x'和E_y'。根据轮廓误差模型，计算直接轮廓误差ε₁＝‑C_xE_x+C_yE_y，和间接轮廓误差ε₂＝‑C_xE_x'+C_yE_y'，取E’_c＝max{ε₁,ε₂}。基于该实时轮廓误差估计器，使用变增益交叉耦合PID控制器，对最大轮廓误差E'_c实时补偿。本发明可应用于任意非线性轨迹的裁剪，计算最大实时轮廓误差速度快、效率高，对非线性轨迹的轮廓控制适应性好、精度高。

技术领域

本发明属于工业数控设备自动化技术领域，涉及一种应用于嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法。

背景技术

随着工业自动化进程的加速和计算机技术的不断发展，嵌入式微处理器越来越多地应用于现代工业领域。针对高速高精度多轴运动系统，嵌入式驱控一体化控制器具有成本低、结构紧凑、体积小、铺设线路简便、电磁干扰少等优点。国内中小企业对中低端运动控制设备的需求越来越大，所述运动控制平台的相关应用也日渐成熟，如裁床、模板切割机、喷墨机等。

在3D打印、喷漆、纸板切割这类运动中，轮廓控制是其中的核心技术，轮廓误差往往是比跟踪误差更重要的性能指标。但在实际生产过程中，大部分运动控制平台多是选用速度规划的方法，合理地设计轨迹插补周期，对轮廓控制算法鲜有关注。极少数应用了轮廓控制技术的高端运动控制平台，也主要采用传统的轮廓控制策略，通过降低单轴的跟踪误差来减小轮廓误差。然而，大量事实说明，单轴的跟踪误差和系统的轮廓误差不完全呈正相关的关系。运动轴之间的不同步会引起轮廓误差增加，另一方面，即使在相关运动轴同步的前提下，对于任意大曲率非线性轨迹，仍有可能出现跟踪误差降低、轮廓误差增加的现象。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种应用于嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法，根据轮廓误差的成因，综合位移误差和速度误差计算时变耦合算子，实时估计最大轮廓误差模型，补偿任意高速大曲率非线性轨迹的轮廓误差，以达到高精度轮廓控制的效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法，包括如下步骤：

1)根据编码器反馈的当前位置和期望位置之间的偏差，得到X轴和Y轴单轴的位置误差E_x和E_y，根据编码器反馈的当前速度和期望速度之间的偏差，得到X轴和Y轴单轴的速度误差V_x和V_y，在一个插补周期T内对速度误差进行积分，得到由于两轴速度误差引起的位置误差E_x'和E_y'；

2)建立轨迹轮廓误差模型，F(x,y)＝0为一条任意曲线，P_a为实际位置点，P_e为期望位置点，E_x、E_y表示X轴和Y轴的单轴跟踪误差，θ为参考轨迹上对应位置点密切圆的切线与X轴的夹角，R为密切圆半径，根据几何关系推导，得出：

用X轴和Y轴的单轴跟踪误差表示P_a与O_b点的关系，即：

x_a-x_b＝Rsinθ-E_x (2)