[发明专利]一种考虑指令特性的直驱高速进给系统运动精度预测方法

说明书

本发明提供的一种考虑指令特性的直驱高速进给系统运动精度预测方法，包括以下步骤：步骤一，根据直驱高速进给系统闭环控制模型，得到系统闭环传递函数；步骤二，根据步骤一得到的系统闭环传递函数，提取特征方程；步骤三，根据步骤二得到的特征方程根的情况，利用步骤一得到的系统闭环传递函数，通过拉普拉斯逆变换，得到理想指令作用下的系统运动精度；步骤四，根据步骤二得到的特征方程根的情况，利用步骤一得到的闭环传递函数，通过拉普拉斯逆变换，得到周期性指令谐波作用下的系统运动精度；步骤五，综合步骤三和步骤四的结果，得到考虑指令特性的直驱高速进给系统运动精度；本发明能够根据实际系统特性进行指令整型和规划以及根据实际指令信号特性构建控制补偿策略和优化控制参数都具有重要的价值和意义。

技术领域

本发明属于电机驱动与控制领域，具体涉及一种考虑指令特性的直驱高速进给系统运动精度预测方法，适用于高速高精数控机床等场合。

背景技术

永磁同步直线电机进给系统实现了进给零传动，具有推力大、刚度高、速度和加速度高以及动态性能好等优点，在轨道交通、激光切割、高速高精数控机床等众多领域具有广泛的应用前景。然而零传动结构也具有众多的缺点，诸如干扰敏感、控制难度大、成本高等。由于其机械结构简单，直驱运动系统的运动性能主要取决于其控制结构和参数。针对直驱进给系统中存在的各种问题，国内外学者进行了大量的研究工作，提出了多种结构优化方法以及控制补偿方法，这些方法对于改善直驱进给系统的推力波动和运动精度具有重要的意义。但是在现有的研究工作中，并没有关注指令信号特性对系统运动精度的影响，关于不同运动指令信号作用下的伺服控制参数优化与控制器设计的研究工作还存在很多不足。在复杂零件加工过程中，各个进给轴的运动指令复杂且不断在变化。在不同的运动指令作用下，直驱进给系统体现出不同的运动误差，对系统控制结构和参数提出了不同的要求。尤其在实际运动过程中，受指令处理过程以及反馈误差信号的影响，运动指令中夹杂有大量的周期性指令谐波信号，会对系统运动性能产生重要的影响。现有的进给系统控制仿真计算方法，计算耗时且不便于讨论不同运动指令信号作用下系统伺服控制参数和负载对系统运动精度的影响规律，难以对进一步的伺服参数优化和控制补偿提供理论支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑指令特性的直驱高速进给系统运动精度预测方法，解决了现有的永磁同步直线电机进给系统运动性能分析中，没有关注指令信号特性对系统运动精度影响问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种考虑指令特性的直驱高速进给系统运动精度预测方法，包括以下步骤：

步骤一，根据直驱高速进给系统闭环控制模型，得到系统闭环传递函数；

步骤二，根据步骤一得到的系统闭环传递函数，提取特征方程；

步骤三，根据步骤二得到的特征方程根的情况，利用步骤一得到的系统闭环传递函数，通过拉普拉斯逆变换，得到理想指令作用下的系统运动精度；

步骤四，根据步骤二得到的特征方程根的情况，利用步骤一得到的闭环传递函数，通过拉普拉斯逆变换，得到周期性指令谐波作用下的系统运动精度；

步骤五，综合步骤三和步骤四的结果，得到考虑指令特性的直驱高速进给系统运动精度。

优选地，步骤一中，系统闭环传递函数的表达式为：

其中：G(s)为系统闭环传递函数，s为拉普拉斯算子，x_o(s)为系统输出响应，x_i(s)为指令输入，K_p为位置环比例增益，K_v为速度环比例增益，T_v为速度环积分时间，K_A为电流环等效比例增益，K_F为电机推力常数，m为驱动负载质量。

优选地，步骤二中，特征方程的表达式为：