[发明专利]半闭环控制方式下数控机床进给系统摩擦误差峰值预测方法

权利要求书

1.半闭环控制方式下数控机床进给系统摩擦误差峰值预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将数控机床设置为在半闭环控制方式下工作，数控机床的进给系统依据位置指令X_r进行精密运动；

步骤二，采集运动过程中位置指令X_r、伺服电机编码器输出转角θ_m及伺服电机力矩指令电压u_m；

步骤三，依据数控机床产品与部件信息，获取数控机床进给系统的传动系数r_g、力矩常数K_t与系统刚度K_e；

步骤四，通过伺服电机编码器输出转角θ_m和传动系数r_g，得到伺服电机等效位置输出X_m，X_m(t)＝θ_m(t)·r_g；

步骤五，通过伺服电机力矩指令电压u_m和力矩常数K_t，得到伺服电机指令力矩输出T_m，T_m(t)＝u_m(t)·K_t；

步骤六，通过采集获取的位置指令X_r及伺服电机等效位置输出X_m，得到半闭环控制方式下跟随误差E_rr，E_rr(t)＝X_r(t)-X_m(t)；

步骤七，通过半闭环控制方式下跟随误差E_rr和伺服电机指令力矩输出T_m，得到数控机床换向过程中由摩擦导致的跟随误差峰值E_{rr_sp}及对应的伺服电机指令力矩峰值T_{m_sp}；

步骤八，将跟随误差峰值E_{rr_sp}与伺服电机指令力矩峰值T_{m_sp}代入到半闭环摩擦误差峰值预测式中，求得预测的摩擦误差峰值E_{rr_wp}；得到半闭环摩擦误差峰值预测式的具体推导过程如下：

数控机床运动过程中，进给系统工作台等效位置输出X_l表示为：

X_l(t)＝θ_l(t)·r_g

式中：θ_l为进给系统工作台等效转角；由于进给系统各传动部件并非刚体，因而会产生变形量Δθ，结合进给系统动力学模型，变形量Δθ表示为：

式中：T_t为负载驱动力矩；J_m为伺服电机转子惯量；

推出进给系统工作台等效转角θ_l表示为：θ_l＝θ_m-Δθ，从而半闭环控制方式下数控机床进给系统工作台运动误差E_{rr_l}表示为：

根据变形量Δθ和半闭环控制方式下数控机床进给系统工作台运动误差E_{rr_l}得到：

数控机床进给系统处于换向过程停驻阶段时，由于伺服电机编码器输出转角θ_m保持不变，因而d²θ_m/d²t＝0，结合上式得到：

预测的摩擦误差峰值E_{rr_wp}是通过将跟随误差峰值E_{rr_sp}与伺服电机指令力矩峰值T_{m_sp}，代入到

该式为推导出的半闭环摩擦误差峰值预测式，从而求得预测的t_slip时刻摩擦误差E_{rr_l}，即预测的摩擦误差峰值E_{rr_wp}，表示为：

2.根据权利要求1所述的一种半闭环控制方式下数控机床进给系统摩擦误差峰值预测方法，其特征在于，半闭环控制方式是将伺服电机编码器输出转角信号θ_m作为进给系统的位置反馈信号。