一种五轴联动数控机床伺服系统控制方法.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CN106338970A(43)申请公布日2017.01.18(21)申请号201611027591.7(22)申请日2016.11.17(71)申请人沈阳工业大学地址110870辽宁省沈阳市经济技术开发区沈辽西路111号(72)发明人赵希梅金鸿雁王晨光(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109代理人胡晓男(51)Int.Cl.G05B19/414(2006.01)权利要求书2页说明书19页附图7页(54)发明名称一种五轴联动数控机床伺服系统控制方法(57)摘要本发明提供一种五轴联动数控机床伺服系统控制方法，包括：五轴联动数控机床伺服系统获得五个进给轴的理想位置信号；五个进给轴的理想位置信号经过前馈控制和反馈控制后，分别获得各进给轴的输入控制信号；计算A、B轴误差补偿控制信号，以及X、Y、Z轴的两组误差补偿控制信号；计算得到A、B轴的控制信号和X、Y、Z轴的控制信号；利用计算得到的A、B轴的控制信号以及X、Y、Z轴的控制信号进行五轴联动数控机床伺服系统控制，输出实际位置信号。本发明把单轴系统的反馈控制、前馈控制以及多轴的交叉耦合控制、旋转运动对直线运动的干扰补偿控制集成在一起，达到良好的跟踪性能和轮廓性能，形成完整的多轴集成精密联动伺服控制。CN106338970ACN106338970A权利要求书1/2页1.一种五轴联动数控机床伺服系统控制方法，所述五轴联动数控机床伺服系统包括五个进给轴，分别是三个直线坐标轴X、Y、Z和两个旋转坐标轴A、B，A、B轴是分别围绕X、Y轴旋转的旋转坐标轴；X、Y、Z各轴的被控对象为永磁直线同步电机，A、B各轴的被控对象为永磁同步电机；各进给轴的输入控制信号和误差补偿控制信号共同构成控制信号，控制被控对象；其特征在于，该方法包括：**步骤1：五轴联动数控机床伺服系统获得五个进给轴X、Y、Z、A、B的理想位置信号Xd、Yd、***Zd、α、β；步骤2：五个进给轴的理想位置信号经过前馈控制和反馈控制后，分别获得各进给轴的输入控制信号；步骤3：计算A、B轴误差补偿控制信号，以及X、Y、Z轴的两组误差补偿控制信号；步骤4：根据A、B轴的输入控制信号及A、B轴误差补偿控制信号，计算得到A、B轴的控制信号；根据X、Y、Z轴的输入控制信号及X、Y、Z轴的两组误差补偿控制信号，计算得到X、Y、Z轴的控制信号；步骤5：利用计算得到的A、B轴的控制信号以及X、Y、Z轴的控制信号进行五轴联动数控机床伺服系统控制，输出实际位置信号。2.根据权利要求1所述的五轴联动数控机床伺服系统控制方法，其特征在于，所述步骤2中，A、B两轴的理想位置信号经过前馈控制和反馈控制后，分别获得A、B两轴的输入控制信号；A、B两轴的前馈控制采用零幅值误差跟踪控制，依靠零极点对消的思想，抵消不稳定零点带来的相位误差，对相位和幅值误差进行补偿，得到A、B两轴的前馈控制的输出信号；A、B两轴的反馈控制采用自适应PID滑模控制，构造一个滑模面，通过滑模面得到自适应PID控制器的控制律，同时构造滑模控制律，对自适应PID控制器进行补偿，抑制不确定性因素，使五轴联动数控机床伺服系统状态停留在滑模面上，反馈输出能跟踪理想参考输入，得到A、B轴的输入控制信号。3.根据权利要求1所述的五轴联动数控机床伺服系统控制方法，其特征在于，所述步骤2中，X、Y、Z三轴的理想位置信号经过前馈控制和反馈控制后，分别获得X、Y、Z三轴的输入控制信号；X、Y、Z三轴的前馈控制采用前馈学习控制，采用前置滤波器来补偿系统延迟，把前置滤波器的状态变量作为前馈学习控制器输入的一部分，通过构造平方差函数得到前馈学习控制器的调整律，得到前馈学习控制器的输出信号；X、Y、Z三轴的反馈控制采用增量滑模控制，利用五轴联动数控机床伺服系统前一时刻的状态信息和控制动作作为反馈量，同时选择饱和函数作为切换函数，得到X、Y、Z各轴的输入控制信号。4.根据权利要求1所述的五轴联动数控机床伺服系统控制方法，其特征在于，所述步骤3中计算A、B轴误差补偿控制信号，具体方法是：采用A、B轴理想位置信号合成A、B轴参考轮廓曲线，根据刀具当前参考轮廓曲线上的参考位置和实际位置，得到两点的切线矢量，根据两点距离在参考位置切线方向的投影和两点切线方向的速度，近似得到参考轮廓曲线上另一个位置，轮廓误差近似为实际位置到参考轮廓曲线上的两点所经过直线的距离，建立A、B2CN106338970A权利要求书2/2页轴估计轮廓误差模型，根据A、B轴估计轮廓误差模型对A、B轴轮廓误差进行解耦控制，解耦控制采用非线性PI切线轮廓控制，定义参考轮廓曲线上距刀具实际位置最近的点处切线方向为t轴，法线方向为c轴，建立t-c坐标系，将跟踪误差分解为t、c轴方