[实用新型]基于进给系统位置反馈信号的振动抑制控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械控制领域，具体涉及一种基于进给系统位置反馈信号的振动抑制控制器。

背景技术

当今社会，精密和超精密加工技术已经成为现代机械制造的重要组成部分。数控机床作为机械制造中的重要工具，它的精度指标是影响工件加工精度的重要因素。而进给系统作为数控机床主要的组成部分，其跟随性能和抗干扰能力严重影响了数控机床的加工精度。

现有机床进给系统控制应用的主要是级联控制：电流环PI控制，速度环PI控制以及位置环P控制。速度环通过电机侧的角度编码器实现速度的反馈，位置环通过角度编码器实现半闭环的位置控制或者通过工作台处的直线光栅尺实现全闭环的位置控制。

现在大多数进给系统采用的是电机+联轴器+丝杠螺母+工作台的传动方式。联轴器、丝杠螺母和支撑轴承的有限刚度导致了进给系统具有较低的第一阶共振频率,限制了进给系统带宽的增加以及控制性能的提高。当控制器的参数设置不当或者工作台受到外部干扰时，进给系统会产生不期望的振动，从而影响工件的加工质量。此外，随着对生产效率要求的提高，高速数控机床得到了广泛的应用，但是高速数控机床大幅值、高频宽的驱动力、惯性力、切削力会激励起机械系统显著的振动。

利用控制论中极点配置的理论，分析可知，在理想电流环的情况下，伺服电机的转速和名义速度指令之间的传递函数是四阶的，而仅仅通过速度环的比例增益Kv和积分时间常数Ti不能实现传递函数极点的任意布置，从而影响了控制器的跟随性能和抗干扰能力。为了提高进给系统的控制能力，就必须要反馈回另外的机械状态变量，如丝杠的扭矩、工作台的移动速度等，从而实现传递函数极点的任意布置。但是由于状态变量的反馈可能需要另外的测量设备，增加了系统的成本，而且状态变量反馈增益的调整比较困难，因此市场上鲜有带有另外状态反馈的控制器出现。

约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司设计了一种用于抑制低频振动的调节器结构，中国专利（申请）CN 103246232 A，具有位置调节器、速度调节器和电流调节器。此外，在调整回路中形成了振动抑制信号，该振动抑制信号反作用与不期望的低频振动。但是由于数控系统和伺服系统的封闭性，此专利所采用的振动抑制方式仅仅只能在伺服系统的设计阶段考虑，不能在使用阶段考虑，限制了其使用范围。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于进给系统位置反馈信号的振动抑制控制器，该控制器安装于数控系统与伺服系统之间，可以大大增强整个进给系统的抗干扰能力，进而提高加工工件的表面质量

为了解决现有技术中的这些问题，本实用新型提供的技术方案是：

一种基于进给系统位置反馈信号的振动抑制控制器，进给系统包括数控系统与伺服系统，振动控制抑制器设置在数控系统与伺服系统之间，控制器的输入信号为数控系统产生的代表设定速度指令的±10V的模拟量信号或数字量信号和位置测量系统实测的工作台的位置信号，输出信号为代表修正速度指令的±10V的模拟量信号或者数字量信号，所述振动抑制控制器包括输入接口电路、反馈接口电路、振动抑制器、输出接口电路，其中，

控制器的输入接口电路对输入的代表设定速度指令的±10V的模拟量信号或数字量信号进行采样保持或者插补，得到数字量设定速度指令信号，其采样或者插补的周期为速度环的采样周期；

控制器的反馈接口电路对输入的代表工作台实际位置的模拟量或者数字量信号进行采样保持或者插补，得到数字量实际位置反馈信号，其采样或者插补的周期为速度环的采样周期；

控制器的振动抑制器对上述的数字量速度指令信号和位置反馈信号进行处理得到振动抑制信号，并反馈回调节回路，得到修正速度指令信号；

控制器的输出接口电路按照伺服系统可接受速度指令信号类型的不同，把上述修正速度指令信号通过D/A转化为模拟量信号或者直接输出数字量信号。

对于上述技术方案，实用新型人还有进一步的优化实施方案。

作为优化，所述的振动抑制器输入信号为数字量速度指令信号和位置反馈信号，其结构包括近似插补指令信号计算器、速度前馈控制器、振动抑制信号产生器。

进一步，所述的近似插补信号计算器（3.1）对设定速度指令的数字量信号和工作台实际位置的数字量信号进行重新采样和保持，其采样周期为位置环的采样周期，工作台实际位置的数字量信号经过具有参数化放大系数的比例环节，并与重新采样后的设定速度指令的数字量信号相加，得到近似的插补指令信号。