摘要:分析了伺服系統(tǒng)定位誤差形成的原因,提出了伺服系統(tǒng)采用分段線性減速并以開(kāi)環(huán)方式精確定位的方法,給出了相應(yīng)的程序流程圖,對(duì)提高數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的定位精度具有實(shí)用參考價(jià)值路统。

數(shù)控機(jī)床的定位精度直接影響到機(jī)床的加工精度陨楼。傳統(tǒng)上以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)床,由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的固有特性,使得機(jī)床的重復(fù)定位精度可以達(dá)到一個(gè)脈沖當(dāng)量城搀。但是,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖當(dāng)量不可能很小,因而定位精度不高眷赂。伺服系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量可以比步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)小得多,但是,伺服系統(tǒng)的定位精度很難達(dá)到一個(gè)脈沖當(dāng)量。由于CPU性能已有極大提高,故采用軟件可以有效地提高定位精度咐笙。我們分析了常規(guī)控制算法導(dǎo)致伺服系統(tǒng)定位精度誤差較大的原因,提出了分段線性減速并以開(kāi)環(huán)方式精確定位的方法,實(shí)踐中取得了很好的效果屑墓。

一、伺服系統(tǒng)定位誤差形成原因與克服辦法

通常情況下,伺服系統(tǒng)控制過(guò)程為:升速昨把、恒速奏炸、減速和低速趨近定位點(diǎn),整個(gè)過(guò)程都是位置閉環(huán)控制。減速和低速趨近定位點(diǎn)這兩個(gè)過(guò)程,對(duì)伺服系統(tǒng)的定位精度有很重要的影響臼格。

減速控制具體實(shí)現(xiàn)方法很多,常用的有指數(shù)規(guī)律加減速算法芹菱、直線規(guī)律加減速算法冗呀。指數(shù)規(guī)律加減速算法有較強(qiáng)的跟蹤能力,但當(dāng)速度較大時(shí)平穩(wěn)性較差,一般適用在跟蹤響應(yīng)要求較高的切削加工中。直線規(guī)律加減速算法平穩(wěn)性較好,適用在速度變化范圍較大的快速定位方式中［1］桩垫。

選擇減速規(guī)律時(shí),不僅要考慮平穩(wěn)性,更重要的是考慮到停止時(shí)的定位精度钠锉。從理論上講,只要減速點(diǎn)選得正確,指數(shù)規(guī)律和線性規(guī)律的減速都可以精確定位,但難點(diǎn)是減速點(diǎn)的確定。通常減速點(diǎn)的確定方法有:

(1)如果在起動(dòng)和停止時(shí)采用相同的加減速規(guī)律,則可以根據(jù)升速過(guò)程的有關(guān)參數(shù)和對(duì)稱(chēng)性來(lái)確定減速點(diǎn)西轩。

(2)根據(jù)進(jìn)給速度员舵、減速時(shí)間和減速的加速度等有關(guān)參數(shù)來(lái)計(jì)算減速點(diǎn),在當(dāng)今高速CPU十分普及的條件下,這對(duì)于CNC的伺服系統(tǒng)來(lái)說(shuō)很容易實(shí)現(xiàn),且比方法(1)靈活。

伺服控制時(shí),由軟件在每個(gè)采樣周期判斷:若剩余總進(jìn)給量大于減速點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的剩余進(jìn)給量,則該瞬時(shí)進(jìn)給速度不變(等于給定值),否則,按一定規(guī)律減速藕畔。

理論上講,剩余總進(jìn)給量正好等于減速點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的剩余進(jìn)給量時(shí)減速,并按預(yù)期的減速規(guī)律減速運(yùn)行到定位點(diǎn)停止马僻。但實(shí)際上,伺服系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)采樣周期反饋的脈沖數(shù)是幾個(gè)、十幾個(gè)注服、幾十個(gè)甚至更多,因而實(shí)際減速點(diǎn)并不與理論減速點(diǎn)重合韭邓。如圖1所示,其最大誤差等于減速前一個(gè)采樣周期的脈沖數(shù)。若實(shí)際減速點(diǎn)提前,則按預(yù)期規(guī)律減速的速度降到很低時(shí)還未到達(dá)定位點(diǎn),可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能到達(dá)定位點(diǎn)溶弟。若實(shí)際減速點(diǎn)滯后于理論減速點(diǎn),則到達(dá)定位點(diǎn)時(shí)速度還較高,影響定位精度和平穩(wěn)性女淑。為此,我們提出了分段線性減速方法。

圖1 減速點(diǎn)誤差示意圖

在低速趨近定位點(diǎn)的過(guò)程中,設(shè)速度為V0(mm/s),伺服系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為δ(μm),采樣周期為τ(ms),則每個(gè)采樣周期應(yīng)反饋的脈沖數(shù)為:N0=V0τ/δ辜御。由于實(shí)際反饋的脈沖數(shù)是個(gè)整數(shù),可能有一個(gè)脈沖的誤差,即此時(shí)速度檢測(cè)誤差最大值為l/N0=δ/(V0τ)鸭你。采樣周期越小、速度越低,則速度檢測(cè)誤差越大我抠。為了滿(mǎn)足定位精度是一個(gè)脈沖的要求,應(yīng)使V0很小,使得N0≤1,此時(shí)速度檢測(cè)誤差達(dá)到100%甚至更高。如果此時(shí)仍然實(shí)行位置閉環(huán)控制,必然造成極大的速度波動(dòng),嚴(yán)重影響伺服機(jī)構(gòu)的精確定位渡铲。所以,我們認(rèn)為此時(shí)應(yīng)采取位置開(kāi)環(huán)控制,以避免速度波動(dòng)钾独。

2 分段線性減速精確定位

2.1 方法與步驟

分段線性減速的特點(diǎn)是減速點(diǎn)不需要精確確定,減速過(guò)程速度曲線如圖2所示。首先討論最不利情況,即由伺服系統(tǒng)的最高速度開(kāi)始減速過(guò)程,具體的減速步驟是:

(1)初始速度VG經(jīng)AB段以加速度a2降速到V2,在BC段以V2勻速運(yùn)行T2個(gè)采樣周期,用BC這個(gè)時(shí)間段來(lái)補(bǔ)償減速點(diǎn)A的誤差楞澳。A點(diǎn)最大誤差是VG對(duì)應(yīng)的一個(gè)采樣周期的脈沖數(shù)NG=VGτ/δ,速度為V2時(shí)一個(gè)采樣周期的脈沖數(shù)為N2=V2τ/δ,則只要保證T2≥NG/N2=VG/V2,就可以使BC時(shí)間段補(bǔ)償減速點(diǎn)A點(diǎn)的誤差访跛。

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