[发明专利]基于现场总线的CNC双轴协调式同步控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机数字控制的双轴同步控制技术，具体地说是一种基于现场总线的CNC双轴协调式同步控制方法。

背景技术

数控系统中，伺服轴的控制是数控机床中的关键环节，轴的运动速度和控制精度直接关系到数控机床的加工精度。目前，为了满足一些体积较大、控制精度要求较高、生产周期要求短的工件的加工需求，出现了大型的数控设备，例如，龙门式和桥式数控设备。在这些大型的数控设备的机床控制中，大都采用双轴同步驱动技术来实现对动梁式龙门铣床的横梁升降控制，龙门框架移动式加工中心的龙门框架移动控制等。

所述双轴同步驱动是指一个坐标的运动指令能够驱动两个电机同时运行，通过对这两个电机移动量的检测，将位移偏差反馈到数控系统获得同步误差补偿，其目的是将两个电机之间的位移偏差量控制在一个允许的范围内。从整体结构来看就是采用双电机、双检测的同步进给驱动系统。

目前，许多高档数控系统具备了双轴同步功能，如市场上广泛使用的高档数控系统西门子840D提供了龙门轴功能，FANUC-18i数控系统提供了简易同步控制轴功能等。双轴同步驱动技术在数控机床中的应用越来越成为业界的热点。从已经具备龙门轴功能的数控系统来看，大多数控系统采用主从方式的同步控制方法，其原理是从动轴按照一定的同步关系跟踪主动轴运动，同步控制器根据主动轴和从动轴的位置偏差来调节从动轴，从而达到控制同步误差的目的。这种控制方法有一定的缺陷，即当出现同步误差时，主从同步控制方式只是根据主动轴的运动情况调节从动轴位置，而从动轴的负载干扰不会反馈回主动轴，因而其同步控制的精度不高。假设在控制过程中能将两个同步轴同时调节，那么将会快速提高同步轴的响应速度。现场总线技术的出现为这一设想提供了研究思路，现场总线承载的大量数据信息可以为双轴同步控制提供必要的数据支持。基于现场总线的同步轴控制功能符合数控技术的发展趋势。而目前能够满足上述要求的基于现场总线的双轴协调式同步控制方法尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中存在的主从式双轴同步控制技术中伺服轴响应速度慢、同步控制精度低等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种响应速度快、控制精度高的基于现场总线的CNC双轴协调式同步控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明基于现场总线的CNC双轴协调式同步控制方法包括以下步骤：

采用现场总线式控制系统结构，将CNC中两个需要同步控制的伺服轴在控制系统结构中处于相同地位；

CNC通过现场总线获得两个同步轴的反馈信息，以两个同步轴的同步位置偏差作为输入，在两个同步轴的相对位置上增加同步误差控制环节，结合CNC发给伺服驱动器的指令信息在CNC内部实现对两个伺服轴的同步误差控制。

所述同步误差控制包括以下步骤：

同步误差计算步骤：将两个同步轴实际位置的偏差做相减比较，即得到同步误差；

同步控制步骤：以两个同步轴的同步误差作为输入，采用同步误差PID闭环控制，实现两个同步轴的转速控制；

信号分配步骤：依据两个轴的跟随误差的大小按比例进行分配。

所述同步误差PID闭环控制包括以下步骤：

判断同步误差的变化趋势；

判断步误差的绝对值是否具有增大趋势；

当同步误差的绝对值具有增大趋势时，判断当前同步误差是否大于设定的阈值；

当当前同步误差大于设定的阈值时，对同步轴实施强同步误差PID闭环控制，接续信号分配步骤。

当当前同步误差不大于设定的阈值时，对同步轴实施弱同步误差PID闭环控制，接续信号分配步骤。

当同步误差的绝对值不具有增大趋势时，判断当前同步误差的变化趋势处于平衡状态还是极值状态；

当当前同步误差的变化趋势处于平衡状态时，对输出信号不做调整，接续信号分配步骤。

当当前同步误差的变化趋势处于极值状态时，判断当前同步误差是否大于设定的阈值；

当当前同步误差大于设定的阈值时，对同步轴实施强同步误差PID闭环控制，接续信号分配步骤。

当当前同步误差不大于设定的阈值时，对同步轴实施弱同步误差PID闭环控制，接续信号分配步骤。

所述依据两个轴的跟随误差的大小按比例进行分配，分配策略为：

将K1×PIDerror分配给第一个同步轴的速度环，将K2×PIDerror分配给第二个同步轴的速度环；