[发明专利]五轴数控机床解耦的轮廓误差控制方法

摘要

本发明公开了一种五轴数控机床解耦的轮廓误差控制方法，用于解决现有五轴轮廓误差控制方法通用性差的技术问题。技术方案是首先通过在线五轴轮廓误差估计方法计算轮廓误差矢量和切向追踪误差矢量；然后针对各个驱动轴设计出稳定法向轮廓误差控制器，输入为轮廓误差矢量，输出为各个轴的法向轮廓误差控制分量；接着针对各个驱动轴设计出稳定的切向追踪误差控制器，输入为切向追踪误差矢量，输出为各个轴的切向追踪误差控制分量；最后将各个轴的法向轮廓误差控制分量和切向追踪误差控制分量直接相加，得到总的控制信号来控制各个驱动轴。本发明通过切向追踪误差控制与法向轮廓误差控制的解耦，具有通用性，能够集成滑膜、自适应或迭代学习控制器。

主权项

1.一种五轴数控机床解耦的轮廓误差控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、计算当前t_c时刻的工件坐标系下五轴加工指令轨迹上距离刀轴实际位置最近的点：q₀(t_c)＝q_r(t_c0)q₀(t_c)为所要求的t_c时刻的工件坐标系下五轴加工指令轨迹上距离刀轴实际位置最近的点，q(t_c)为t_c时刻的刀轴实际位置，q_r(t)为t时刻的五轴加工指令轨迹；步骤二、计算当前t_c时刻机床坐标系下的切向追踪误差和法向轮廓误差：切向追踪误差：e_τ(t_c)＝q_r(t_c)‑q₀(t_c)法向轮廓误差：ε(t_c)＝q₀(t_c)‑q(t_c)步骤三、设计离散FIR滤波器：z为z变换算子，N为滤波器阶数，h_n为离散FIR滤波器序列，采用窗函数法进行设计；步骤四、计算当前t_c时刻五轴加工指令轨迹上距离刀轴实际位置最近的点滤波后的一阶导数和二阶导数：滤波后的一阶倒数：滤波后的二阶倒数：其中为当前t_c时刻五轴加工指令轨迹上距离刀轴实际位置最近的点的一阶导数，T_s为采样时间间隔；步骤五、计算当前t_c时刻五轴加工指令轨迹的一阶导数和二阶导数：一阶倒数：二阶导数：步骤六、计算当前t_c时刻刀轴实际位置的一阶倒数：步骤七、计算当前t_c时刻切向追踪误差和法向轮廓误差滤波后的一阶导数：切向追踪误差滤波后的一阶导数：法向轮廓误差滤波后的一阶导数：步骤八、针对各个驱动轴设计法向轮廓误差控制器：滑模控制器：其中M＝diag(M_x,M_y,M_z,M_a,M_c)C＝diag(C_x,C_y,C_z,C_a,C_c)υ_ε(t_c)为当前t_c时刻法向轮廓误差控制器的电压控制信号，diag()表示对角矩阵，M_x,M_y,M_z,M_a,M_c分别为各个驱动轴的等效惯性，C_x,C_y,C_z,C_a,C_c分别为各个驱动轴的粘滞阻尼系数，b、g、η、k为滑膜控制器参数，采用李雅普诺夫定理设计得到，均为对角矩阵，即b＝diag(b_x,b_y,b_z,b_a,b_c)g＝diag(g_x,g_y,g_z,g_a,g_c)η＝diag(η_x,η_y,η_z,η_a,η_c)k＝diag(k_x,k_y,k_z,k_a,k_c)sign(S(t_c))为S(t_c)的符号矩阵，即步骤九、针对各个驱动轴设计切向追踪误差控制器：极点配置控制器：其中k_v＝diag(2w_τx,2w_τy,2w_τz,2w_τa,2w_τc)式中，w_τx、w_τy、w_τz、w_τa、w_τc为极点配置控制器参数，采用Ziegler‑Nichols整定方法得到；步骤十、将法向轮廓误差控制分量和切向追踪误差控制分量相加得到总的控制信号来控制各个驱动轴：υ＝υ_τ+υ_ε。