[发明专利]基于统计模型的动梁式龙门机床双驱进给误差补偿方法及模型

权利要求书

1.基于统计分析模型的动梁式龙门机床双驱进给误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：取输入的指令速度、主轴处于横梁的不同位置、横梁处于双驱轴的不同位置三个影响因素，设计正交实验，分析每个影响因素对双驱进给不同步误差的影响，利用多元线性回归方法拟合出双轴不同步误差与三个影响因素的回归方程，找出各影响因素的影响规律；

其数学模型的公式如下：

ydiff1=a0+a1v1+a2xp1+a3yp1+ϵ1ydiff2=a0+a1v2+a2xp2+a3yp2+ϵ2ydiff3=a0+a1v3+a2xp3+a3yp3+ϵ3...ydiffN=a0+a1vN+a2xpN+a3ypN+ϵN]]>

其中，y_diff1....y_diffN为N组实验测量的不同步误差值，a₀...a₃为四个待估计参数，v₀...v_N为N组实验进给速度值，x_p1...x_pN为N组实验主轴在横梁上的位置值，y_p1...y_pN为N组实验横梁在双驱轴上的位置值，ε₁...ε_N为N组服从同一正态分布且独立的随机误差；

采用最小二乘法可得到回归方程，亦即双轴不同步误差的统计数学模型：

y^=a0+a1v+a2xp+a3yp]]>

其中，为回归后的双轴误差值，a₀、a₁、a₂、a₃为回归后的参数，代表了每个因素影响的权重系数；v为统计试验中不同进给速度，x_p为主轴处于横梁的不同位置，y_p为横梁处于双驱轴的不同位置；

步骤二：采用步骤一中得到的双轴不同步误差的统计数学模型，取各Y轴的指令位置、指令速度、X轴的实际位置作为输入，通过统计补偿器计算补偿量，并前馈到从动轴的指令位置中；在每个插补周期内按照两轴误差趋势计算出每个插补周期的补偿量，最后通过改变从动轴的速度指令实现双轴同步误差的控制与补偿；

所述动梁式龙门机床包括工作台、主动轴、从动轴、横梁和主轴；主动轴和从动轴构成双驱轴；工作台静止不动，横梁能够随双驱轴沿y轴方向的导轨往复运动；主轴在横梁上沿x方向移动能够影响两轴负载质量的变化；

统计补偿器，包括主动轴位置环伺服增益(11)、主动轴速度环(12)、主动轴电流环(13)、主动轴丝杠(14)、主动轴等效负载(15)、从动轴位置环伺服增益(21)、从动轴速度环(22)、从动轴电流环(23)、从动轴丝杠(24)、从动轴等效负载(25)、双轴不同步误差的统计数学模型(6)；位置指令经主动轴位置环伺服增益(11)产生速度指令信号，主动轴速度环(12)、从动轴速度环(22)同时接收相同的速度指令信号，经主动轴电流环(13)、从动轴电流环(23)输出力矩，驱动主从动轴电机旋转，电机码盘检测并反馈两电机转速，使主动轴速度环(12)、从动轴速度环(22)实现闭环控制，电机输出的扭矩通过主动轴丝杠(14)、从动轴丝杠(24)推动主动轴等效负载(15)和从动轴等效负载(25)运动，检测并反馈主动轴等效负载位置信号，使主动轴位置环闭环控制；同时检测并反馈主轴(5)在横梁(4)上的位置，与主动轴位置指令信号、速度指令信号通过双轴不同步误差的统计数学模型(6)，对双驱不同步误差进行指令前馈补偿。

2.基于统计分析模型的动梁式龙门机床双驱进给误差补偿模型，其特征在于，包括主动轴位置环伺服增益(11)、主动轴速度环(12)、主动轴电流环(13)、主动轴丝杠(14)、主动轴等效负载(15)、从动轴位置环伺服增益(21)、从动轴速度环(22)、从动轴电流环(23)、从动轴丝杠(24)、从动轴等效负载(25)、双轴不同步误差的统计数学模型(6)；位置指令经主动轴位置环伺服增益(11)产生速度指令信号，主动轴速度环(12)、从动轴速度环(22)同时接收相同的速度指令信号，经主动轴电流环(13)、从动轴电流环(23)输出力矩，驱动主从动轴电机旋转，电机码盘检测并反馈两电机转速，使主动轴速度环(12)、从动轴速度环(22)实现闭环控制，电机输出的扭矩通过主动轴丝杠(14)、从动轴丝杠(24)推动主动轴等效负载(15)和从动轴等效负载(25)运动，检测并反馈主动轴等效负载位置信号，使主动轴位置环闭环控制；同时检测并反馈主轴(5)在横梁(4)上的位置，与主动轴位置指令信号、速度指令信号通过双轴不同步误差的统计数学模型(6)，对双驱不同步误差进行指令前馈补偿；

采用最小二乘法得双轴不同步误差的统计数学模型为：

y^=a0+a1v+a2xp+a3yp]]>

其中，为回归后的双轴误差值，a₀、a₁、a₂、a₃为回归后的参数，代表了每个因素影响的权重系数；v为统计试验中不同进给速度，x_p为主轴处于横梁的不同位置，y_p为横梁处于双驱轴的不同位置；

统计分析模型的建立包括以下步骤：取输入的指令速度、主轴处于横梁的不同位置、横梁处于双驱轴的不同位置三个影响因素，设计正交实验，分析每个影响因素对双驱进给不同步误差的影响，利用多元线性回归方法拟合出双轴不同步误差与三个影响因素的回归方程，找出各影响因素的影响规律；

其数学模型的公式如下：

ydiff1=a0+a1v1+a2xp1+a3yp1+ϵ1ydiff2=a0+a1v2+a2xp2+a3yp2+ϵ2ydiff3=a0+a1v3+a2xp3+a3yp3+ϵ3...ydiffN=a0+a1vN+a2xpN+a3ypN+ϵN]]>

其中，y_diff1....y_diffN为N组实验测量的不同步误差值，a₀...a₃为四个待估计参数，v₀...v_N为N组实验进给速度值，x_p1...x_pN为N组实验主轴在横梁上的位置值，y_p1...y_pN为N组实验横梁在双驱轴上的位置值，ε₁...ε_N为N组服从同一正态分布且独立的随机误差。