一种嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109828534A(43)申请公布日2019.05.31(21)申请号201910003663.1(22)申请日2019.01.03(71)申请人浙江工业大学地址310014浙江省杭州市下城区朝晖六区潮王路18号(72)发明人俞立杨舒捷董辉何德峰(74)专利代理机构杭州斯可睿专利事务所有限公司33241代理人王利强(51)Int.Cl.G05B19/41(2006.01)权利要求书2页说明书3页附图2页(54)发明名称一种嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法(57)摘要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Ex和Ey，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Ex'和Ey'。根据轮廓误差模型，计算直接轮廓误差ε1＝-CxEx+CyEy，和间接轮廓误差ε2＝-CxEx'+CyEy'，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。CN109828534ACN109828534A权利要求书1/2页1.一种嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)通过编码器反馈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Ex和Ey，根据当前速度和期望速度之间的偏差，得到X轴和Y轴的速度误差Vx和Vy，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间接位置误差Ex'和Ey′；2)令建立轨迹轮廓误差模型为：ε＝-CxEx+CyEy；3)综合轮廓误差形成的原因，根据直接位置误差Ex和Ey计算直接轮廓误差ε1＝-CxEx+CyEy，根据间接位置误差Ex'和Ey'计算间接轮廓误差ε2＝-CxEx'+CyEy'，取最大实时轮廓误差E′c＝max{ε1,ε2}；4)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，实时计算最优补偿量，对最大轮廓误差E′c进行补偿，所述变增益交叉耦合控制器增益：Kdc＝0.013，Kpc＝2.235，Kic＝5.261。2.如权利要求1所述的嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法，其特征在于：所述期望位置根据插补软件规划的轨迹拐点选取，直接位置误差为期望拐点坐标和当前位置坐标的差值，速度误差为期望拐点速度和当前速度的差值，插补周期T内速度为匀速，因此积分所得间接位置误差就是速度误差和插补周期T的乘积。3.如权利要求1或2所述的嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法，其特征在于：所述当前位置坐标和当前速度通过编码器反馈得到，且在该期望拐点之前的最后一个插补周期T内读取编码器反馈值。4.如权利要求1或2所述的嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法，其特征在于：所述步骤2)中，建立轨迹轮廓误差模型，F(x,y)＝0为一条任意曲线，Pa为实际位置点，Pe为期望位置点，Ex、Ey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Pa与Ob点的关系，即：xa-xb＝Rsinθ-Ex(2)ya-yb＝-Rcosθ-Ey(3)将公式(2)(3)代入公式(1)后得：将公式(4)利用麦克劳林公式展开：2CN109828534A权利要求书2/2页3CN109828534A说明书1/3页一种嵌入式裁床控制器的实时轮廓误差补偿方法技术领域[0001]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[0002]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。[0003]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