[发明专利]一种数控机床伺服系统摩擦误差补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，涉及一种误差补偿方法，尤其是一种针对数控机床伺服系统的摩擦误差补偿方法。

背景技术

摩擦是数控机床伺服进给系统中一种强烈并且不可避免的外部扰动因素。由于摩擦产生的误差现象将严重地限制数控机床高精度控制的实现。因此关于伺服系统中摩擦误差的消除和控制一直是高速、高精度数控技术研究的热点和难点。由于摩擦的强非线性特性，一般的线性反馈控制方法很难针对性地解决摩擦在高速、换向等条件下的误差特性。利用基于摩擦模型的前馈补偿方法是一种更为直接而有效的控制方法。根据摩擦模型可以实现对摩擦力幅值和摩擦误差特性的建模和预测，并通过前馈补偿可以针对性输出补偿量以抵消摩擦力的作用，从而实现摩擦误差的消除。

然而对于数控机床伺服系统等应用条件而言，运动路径具有较高的运动速度和加速度要求，需要频繁地进行速度换向，摩擦力变化强烈，简单直接补偿的补偿策略的作用时间较少，补偿效果受到一定的限制。因此需要利用伺服系统控制系统结构来提高前馈补偿方法的应用效果。对于数字控制系统而言，被控对象的控制量输入仅仅在采样瞬间变化，而在相邻两个采样瞬间的整个时间区间内，无论被控对象的输出如何变化，其输入的特性仅根据保持器的特性而变化，即这时整个控制系统处于开环控制状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种数控机床伺服系统摩擦误差补偿方法，根据伺服系统控制系统的特性提出利用多采样率控制策略来实现摩擦补偿，该摩擦补偿策略在控制周期内插入补偿周期，使摩擦补偿作用发生在非反馈控制状态下，减少了位置反馈控制和摩擦前馈补偿的相互耦合影响，并且提高了补偿的输出精度和输出频率，从而实现了更为精确的摩擦补偿效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

该数控机床伺服控制系统摩擦误差补偿方法，包括以下步骤：

1)首先位置插补器向差分器输出位置指令，所述差分器根据位置指令计算得到速度指令输入信号，并传给摩擦指令生成器；

2)摩擦指令生成器根据速度指令输入信号计算生成摩擦补偿指令信号；

3)摩擦补偿器根据摩擦补偿指令信号计算得到摩擦补偿值信号，再由第一定时器确定的采样周期下通过第一零阶保持器实现对摩擦补偿器输出的摩擦补偿值信号的保持，所述第一零阶保持器输出前馈补偿量信号；

4)在步骤1)至3)进行的同时，将位置插补器生成的位置指令信号与实际反馈测量得到的位置信号求差后，作为位置反馈误差信号；使所述位置反馈误差信号通过反馈控制器，在第二定时器确定的采样周期下，得到位置反馈控制量信号；然后通过第二零阶保持器后输出反馈控制信号；将所述反馈控制信号和步骤3)的前馈补偿量信号按照下式(A)求和得到摩擦误差补偿后的合成控制信号：

uc(Tui)=ufd(Tfdj)+ucmp(Tcmpk)---(A)]]>

式(1)中，为i时刻合成控制器量输出信号u_c的输出采样周期；为j时刻反馈控制量信号u_fd的采样周期；为k时刻摩擦前馈补偿量信号u_cmp的采样周期。

以上方法，在步骤2)，所述摩擦指令生成器根据速度指令输入信号计算生成摩擦补偿指令信号的方法为：摩擦指令生成器根据速度指令输入信号，按照第一定时器的采样周期对摩擦指令生成器的速度指令输入信号进行线性化插值，得到摩擦补偿指令信号。