[发明专利]一种基于ARM处理器的数控系统精度保持设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控系统结构的设计方法，具体是一种面向精度保持的ARM数控系统控制结构设计方法。

背景技术

数控系统是数控机床的控制核心，是发展国家高新技术产业和尖端工业的关键技术。为了满足数控机床的控制要求，传统的数控系统大部分采用PC架构，充分发挥计算机的数据处理能力，满足数控系统的加工速度、精度及效率等系统功能要求，如发那科的160i系统，西门子的840D系统等；除了基于PC架构的数控系统外，在数控系统领域还涌现出一批以ARM处理器为核心的嵌入式数控系统，但是由于所采用的ARM处理器计算能力较低，且系统功能设计简单，这些数控系统大多面向低端数控系统市场，如小型桌面雕刻机、切割机、滚齿机等系统，高中端数控系统市场仍然以PC架构为主。

随着嵌入式技术的发展，ARM处理器的功能和性能也不断提高，如CortexA8、A9、A15等，并且被广泛应用于手机、平板电脑等电子消费产品中，逐渐成为了嵌入式领域的主流产品。因此，开发基于ARM处理器的通用型数控系统，满足数控车床、铣床、加工中心等控制需求，提高数控系统的加工精度，成为了数控系统的一个研究方向。

传统的ARM数控系统主要具有以下不足：

1、处理器计算能力低，早期ARM处理器的计算能力较低，需要相应的辅助处理单元，如DSP、GPU等，通过不同处理器间的协同控制，满足数控系统的应用需求；

2、系统功能简单，控制精度差，由于传统ARM处理器的计算能力较低，难以满足复杂控制功能的计算要求，所以导致了ARM数控系统的控制功能简单，难以满足高精、高速等数控系统发展要求；

3、数控系统结构复杂，为了实现ARM处理器和DSP、GPU等辅助处理器 间的数据交互，需要开发相应的硬件接口，实现不同处理器间的数据通信和互操作，从而导致系统结构设计复杂。

所谓精度保持，是指通过采用误差补偿方法，建立数控机床的误差补偿数学模型，控制机床各运动轴之间的位置运动，减小刀具和工件之间的加工误差，提高数控机床的加工精度。一般误差补偿方法除需满足控制精度要求外，还要满足动态性、实时性、方便性和实用性等要求。

发明内容

针对传统ARM数控系统的计算能力低、控制精度差等系统问题，本发明主要解决的技术问题是提供一种面向精度保持的ARM数控系统控制结构设计方法，采用改进的温度补偿控制方法，通过对机床整体进行温度区域划分，每个运动方向上均采用一组温度传感器进行采集，建立不同运动方向上的温度/位置误差数学模型，通过加工过程中各组温度传感器的温度信息，计算出整体位置误差信息，满足数控机床的加工精度要求。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于ARM处理器的数控系统精度保持设计方法，包括以下步骤：

选取数控机床的一个运动轴方向进行温度补偿；

对该运动轴方向进行温度区域划分，将该运动方向的移动范围划分为多个温度区域，每个温度区域内采用一个温度传感器进行采集；

每个温度区域内，通过原温度补偿计算该区域内的位置误差信息；

根据不同区域内的位置误差信息建立基于不同温度区域的多元齐次方程组，得出该运动方向上的整体位置误差；

由运动控制模块根据该运动方向上的整体位置误差，对该运动轴进行位置误差补偿。

所述通过原温度补偿计算该区域内的位置误差信息，具体为：

K_j(X)＝A_j(T)+tan a(T)*(Px-P_j) (2)

其中，K_j(X)是温度区域j的温度/位置误差信息，j＝0，1，2…n，a(T)为温度 区域j中温度/位置误差拟合直线和当前运动轴间的夹角值，A_j(T)为和当前运动轴位置无关的偏移值，Px为当前运动轴的位置值，P_j为当前运动轴的位置误差参考点。

所述该运动方向上的整体位置误差通过下式求得：

K(X)＝W₀B₀K₀(X)+W₁B₁K₁(X)+…+W_nB_nK_n(X) (1)