一种随动与轮廓误差自适应实时补偿方法.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CN106354092A(43)申请公布日2017.01.25(21)申请号201610847813.3(22)申请日2016.09.24(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人马建伟宋得宁贾振元高媛媛刘振(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人关慧贞(51)Int.Cl.G05B19/404(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图2页(54)发明名称一种随动与轮廓误差自适应实时补偿方法(57)摘要一种随动与轮廓误差自适应实时补偿方法，属于精密高效智能化数控加工技术领域，涉及数控参数曲线插补加工过程中一种基于进给系统在线辨识的随动误差自适应补偿方法及一种基于高精度轮廓误差实时估计的轮廓误差补偿方法。该方法采用最小二乘法对数控进给系统进行在线辨识，根据辨识结果自适应补偿随动误差，再根据实际刀位点计算轮廓误差估计值，并对轮廓误差进行进一步直接补偿，实现随动与轮廓精度的同步提高。该补偿方法可提高数控机床单轴跟踪精度及多轴联动加工轮廓精度，误差抑制效果好，适应性强，对提高数控机床加工精度、实现复杂曲面类零件的精密高效加工具有重要意义。CN106354092ACN106354092A权利要求书1/3页1.一种随动与轮廓误差自适应实时补偿方法，其特性在于，该方法采用最小二乘法对数控进给系统进行在线辨识，根据辨识结果自适应补偿随动误差，再根据实际刀位点计算轮廓误差估计值，并对轮廓误差进行进一步直接补偿，实现随动与轮廓精度的同步提高；方法的具体步骤如下：1)进给系统参数在线辨识数控进给系统z域传递函数G(z)的一般表达式为：其中，n为系统阶次，a1,a2,…,an和b1,b2,…,bn为系统参数；设进给系统第k个采样周期的输入理想刀位点与输出实际刀位点分别为r(k)和p(k)，则第k个采样周期的输出实际刀位点p(k+1)为：据此，采用矩形窗最小二乘法对系统参数进行递推辨识，取辨识样本数据量为m，m＞2n，所辨识出的参数值计算为：T其中，ψk＝[a1,k,a2,k,…,an,k,b1,k,b2,k,…,bn,k]为第k个采样周期内辨识出的系统参数值，λ∈(0,1)为阻尼系数，引入该阻尼系数可避免两个采样周期内辨识的参数值产生大幅度突变，Hk和Yk分别为：在X轴进给系统参数辨识器中，将第k-m+1到第k个理想刀位点的X坐标rx(k-m+1),…,rx(k)及实际刀位点的X坐标px(k-m+1),…,px(k)代入公式(3)，得到X轴进给系统参数辨识值Tψx,k＝[ax1,k,ax2,k,…,axn,k,bx1,k,bx2,k,…,bxn,k]；在Y轴进给系统参数辨识器中，将第k-m+1到第k个理想刀位点的Y坐标ry(k-m+1),…,ry(k)及实际刀位点的Y坐标py(k-m+1),…,py(k)代入公式(3)，得到Y轴进给系统参数辨识值ψy,k＝[ay1,k,ay2,k,…,ayn,k,by1,k,by2,k,…,Tbyn,k]；在Z轴进给系统参数辨识器中，将第k-m+1到第k个理想刀位点的Z坐标rz(k-m+1),…,rz(k)及实际刀位点的Z坐标pz(k-m+1),…,pz(k)代入公式(3)，得到Z轴进给系统参T数辨识值ψz,k＝[ax1,k,az2,k,…,azn,k,bz1,k,bz2,k,…,bzn,k]；2CN106354092A权利要求书2/3页2)随动误差自适应补偿设第k个采样周期随动误差补偿量为Δr(k)，为保证下一时刻系统输出实际刀位点与输入理想刀位点相等(p(k+1)＝r(k+1))，在公式(2)中利用r(k)+Δr(k)代替r(k)、r(k+1)代替p(k+1)，得Δr(k)为：鉴于在每个采样周期内经过随动误差补偿后，可在理论上实现系统输出实际刀位点与输入理想刀位点相等，故式(6)中p(k-i+1)可由r(k-i+1)代替，从而避免利用反馈信号计算时存在噪声干扰的问题；补偿后的输入刀位点rc(k)为：在X轴随动误差补偿器中，利用X轴进给系统参数辨识器输出的X轴进给系统参数辨识值axi,k、bxi,k代替公式(7)中的ai,k和bi,k，利用理想刀位点的X坐标rx(k)代替公式(7)中的r(k)，得到补偿后的刀位点X坐标rc,x(k)；在Y轴随动误差补偿器中，利用Y轴进给系统参数辨识器输出的Y轴进给系统参数辨识值ayi,k、byi,k代替公式(7)中的ai,k和bi,k，利用理想刀位点的Y坐标ry(k)代替公式(7)中的r(k)，得到补偿后的刀位点Y坐标rc,y(k)；在Z轴随动误差补偿器中，利用Z轴进给系统参数辨识器输出的Z轴进给系统参数辨识值azi,k、bzi,k代替公式(7)