[发明专利]一种应用于数控机床的自主调整伺服参数的智能方法

说明书

一种应用于数控机床的自主调整伺服参数的智能方法，先采集各进给轴的速度指令序列，构建小频段内的速度指令序列，提取各个小频段内的最大幅值频率，以速度指令序列的时刻和最大幅值频率建立二维时频数组；然后构建各进给轴的伺服参数组，提取伺服特性参数，构建伺服参数组、伺服带宽的映射；再依次构建速度指令衰减量序列求解方程、各进给轴的跟随误差序列求解方程、联动轨迹误差序列求解方程、伺服特性动态匹配判据方程；然后对各进给轴的速度指令序列的各个采样位置进行搜索，获得各进给轴伺服带宽序列，将其转变为各进给轴伺服参数组时变序列，数控机床根据此自主调整各进给轴伺服参数；本发明可保证高进给速度下的复杂曲面零件轮廓精度。

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，具体涉及一种应用于数控机床的自主调整伺服参数的智能方法。

背景技术

数控机床是一种装有数控系统的自动化机床，数控系统对加工G代码进行插补计算，向各个进给轴输出速度指令序列；各进给轴伺服进给系统接收这些速度指令序列，驱动各进给轴联动，加工出所需要的零件。

数控机床联动精度是数控机床各进给轴联动过程中联动轨迹的精度，与切削过程中的刀具变形、振动等因素共同影响加工后的零件轮廓精度。为了保证加工零件的轮廓精度，需首先保证数控机床联动精度。联动精度由数控系统插补后输出给各进给轴的速度指令序列和各进给轴伺服系统自身的伺服特性共同决定。目前针对速度指令和伺服特性的优化，国内外已经开展了大量的工作，形成了指令轨迹平滑、零相差跟踪控制器(ZPETC)、速度及力矩前馈、模态滤波器、滑模控制器、交叉耦合控制器(CCC)、多轴伺服特性匹配等技术并应用于数控机床，显著提高了数控机床联动精度以及零件轮廓精度。

但是，在高进给速度下以及复杂曲面零件加工场合，由于目前的数控机床只能被动执行零件加工代码，不能根据加工过程中工况及参数变化，对自身进行调整，往往无法保证零件轮廓精度要求；只能通过降低进给速度，以牺牲加工效率的方式满足零件轮廓精度要求。

发明内容

为了克服上述现有数控机床的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于数控机床的自主调整伺服参数的智能方法，能够根据复杂曲面零件轮廓精度和加工效率要求自主调整数控机床各进给轴的伺服参数，使加工过程中各进给轴伺服特性动态匹配，保证高进给速度下的复杂曲面零件轮廓精度。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种应用于数控机床的自主调整伺服参数的智能方法，包括以下步骤：

步骤1)，在数控系统中运行待加工复杂曲面零件G代码，采集数控系统插补后输出给各进给轴的速度指令序列；

步骤2)，对各进给轴的速度指令序列进行时频分析，将其变换到若干小频段内，构建小频段内的速度指令序列；

步骤3)，对各个小频段内的速度指令序列进行频谱分析，提取各个小频段内的最大幅值频率；

步骤4)，以步骤1)中速度指令序列的时刻和步骤3)中最大幅值频率为维度建立二维时频数组；

步骤5)，分析数控机床各进给轴的伺服系统，将速度前馈控制器、力矩前馈控制器、陷波滤波器、模态滤波器的开启或关闭设置为开关量，将速度前馈控制器系数、力矩前馈控制器系数、陷波滤波器滤波频率、模态滤波器滤波频率、位置环增益、速度环增益及速度环积分时间常数设置为可调变量，基于上述变量，构建各进给轴的伺服参数组；

步骤6)，辨识不同伺服参数组下的幅频和相频曲线，提取伺服特性参数：伺服带宽、谐振频率与峰值、幅值剪切量和相位滞后量参数；

辨识信号采用伪随机序列和匀速运动位移相叠加的高带宽信号，根据谐振频率的分布将幅频和相频曲线划分为若干频率段；将各频率段内的幅频曲线和相频曲线分别拟合为幅值剪切量和相位滞后量与频率的函数；

步骤7)，构建伺服参数组与伺服带宽之间的映射；