[发明专利]一种虚拟轴控制多轴的同步算法控制系统

权利要求书

1.一种虚拟轴控制多轴的同步算法控制系统，包括伺服虚拟主轴和伺服跟随多轴，其特征在于，还包括：

运动控制卡，基于PC机的上位控制单元，用于控制伺服虚拟主轴；

数控定位组，用于对伺服跟随多轴进行同步控制信号采集；

前向信道，用于传递数控定位组对伺服虚拟主轴的驱动力矩采集信号，并反馈至伺服虚拟主轴的信号通道；

后向信道，用于对伺服跟随多轴的驱动负载的信号传输通道，并将该信道上连接的伺服跟随多轴作为负载，进行信号采集传输反馈；

中断模块，用于解除伺服虚拟主轴和伺服跟随多轴的同步信号，同时根据伺服跟随多轴自身负载计算当前目标位置，以及解除伺服虚拟主轴和伺服跟随多轴的目标位置同步比例系数；

伺服跟随多轴的每个运动轴前端均设置有状态控制器，并且该状态控制器通过RIO接口连接至运动控制卡，数控定位组将对伺服跟随多轴的运动轴输入转动角速度反馈至状态控制器输入端，并与伺服虚拟主轴的实际转动角速度通过模糊PID控制器耦合输入状态控制器；

所述数控定位组包括连接在伺服跟随多轴的每个运动轴上的两个跟踪误差控制器和两个同步误差控制器，前向信号将两个跟踪误差控制器的信号传递至运动控制卡，将两个同步误差控制器信号输入模糊PID控制器；

模糊PID控制器将通过模糊算法计算的输出参数代入伺服跟随多轴的运动轴的反馈力矩公式形成通过后向信道传递的反馈修正转矩参数信号；

虚拟主轴的驱动扭矩为：

T＝K_m(w_r-w_m)+k_ml(w_ml-w_m)，

其中：T是伺服虚拟主轴输入力矩；K_m为虚拟主轴的弹性系数；k_ml为运动轴弹性系数；w_r为输入转动角速度；w_m为实际转动角速度；w_ml为负载转动角速度；

当伺服虚拟主轴与伺服跟随多轴的每个运动轴的同步比例为μ_i＝1(i＝3,4,5,6……n)时，定义第i个运动轴的反馈力矩为：

T_i＝b_r(w_i+w_ml-2μ_iw_m)+K_r(θ_i-μ_iθ_m)+K_ir∫(θ_i-μ_iθ_m)dt，

其中T_i是各个运动轴与负载的耦合反馈力矩；b_r为阻尼增益；K_r为刚度增益；K_ir为积分刚度增益；θ_i为各个运动轴转动角位移；θ_m为实际转动角位移。

2.根据权利要求1所述的一种虚拟轴控制多轴的同步算法控制系统，其特征在于，所述模糊PID控制器采用三输入三单输出结构，运动轴负载变化参数、运动轴转动角速度的偏差和偏差变化率为输入，模糊PID控制器输出三个控制参数。