[发明专利]一种基于伺服进给系统衰放倍率的插补指令评价方法

说明书

一种基于伺服进给系统衰放倍率的插补指令评价方法，在数控系统采集输出到机床伺服进给轴的指令位置序列，通过时频变换方法得到相应的指令位置时频图，并提取各个时刻时频图的截面，得到相应的频谱曲线；通过伺服进给系统的闭环传递函数，画出其频谱图，并转换为衰放倍率图及倍率函数；根据指令时频图各个截面的频谱曲线和倍率函数，由此得到不同时刻的经伺服进给系统衰放的输出曲线；最后根据不同时刻两曲线的差异计算指令经伺服系统衰放部分相对于原始指令的占比随时间变化的曲线，以此反应不同时刻即不同刀路位置的跟随误差的大小；本发明能精确地反映跟随精度。

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，特别涉及一种基于伺服进给系统衰放倍率的插补指令评价方法。

技术背景

指令是数控系统插补运算的输出，也是伺服进给系统的输入。为了保证各轴伺服进给系统的跟随精度，指令需要被伺服进给系统完全响应；但实际上，由于伺服进给系统对指令的相位滞后和幅值衰放等原因，伺服进给系统往往无法完全响应指令，造成跟随误差。

为了分析指令能否被伺服进给系统响应，反映在某指令输入下伺服进给系统实现跟随精度的能力，中国专利(公开号为CN109085799B)公开了一种面向动态精度的数控系统插补生成运动指令评价方法，提出了指令速度高频段占比随时间即刀具路径的变化曲线作为评价指标，该评价指标的计算方法为：以时间轴为基准，对指令速度时频图的每个时刻取截面，结合数控机床进给轴的位置环带宽，计算起始时刻到终止时刻每时刻的指令高频段占比。

在上述计算方法的公式中，分子为进给轴位置环带宽a到指令频宽b之间的积分，分母是0到指令频宽b之间的积分，该计算公式存在两个假设：1)高于进给轴位置环带宽a的指令频率成分被视为完全衰减；2)高于指令频宽b的指令频率成分被完全截断。

但是，实质上，高于进给轴位置环带宽a的指令频率成分会被伺服进给系统衰减，但是不会被完全衰减；高于进给轴位置环带宽a的指令频率成分也存在被伺服进给系统放大的可能，上述假设条件1)忽略了这两种情形对跟随精度的影响。此外，假设条件2)将高于指令频宽b的指令频率成分完全截断，会造成截断误差，对跟随精度的反映效果产生影响。因此，这两个假设条件导致指令速度高频段占比随时间即刀具路径的变化曲线，只能近似反映指令实现跟随精度的能力，不能精确地反映跟随精度。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于伺服进给系统衰放倍率的插补指令评价方法，能精确地反映跟随精度。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于伺服进给系统衰放倍率的插补指令评价方法，包括以下步骤：

步骤1.构建插补指令位置序列的时频图：

1.1采集单轴进给运动中数控系统插补输出给伺服进给系统的指令位置序列；

1.2采用时频分析方法，对指令位置序列进行时频变换，构建其时频图；

1.3在时频图中，截取各个时刻截面，并绘制出各个时刻的频谱图；在t_i时刻截面的频谱图中，表示幅值随频率ω变化的函数；

步骤2.计算伺服进给系统的衰放倍率：

2.1建立伺服进给系统的闭环传递函数G(s)；

2.2绘制闭环传递函数G(s)的幅频图，幅频图的纵坐标为G(s)的幅值G|jω|，横坐标为频率ω，根据幅频图，构建衰放倍率随频率变化的函数H(ω)，如公式(1)所示；

H(ω)＝|G(jω)| ω∈(0,+∞) (1)

绘制倍率函数H(ω)随频率ω的变化曲线；

步骤3.构建经伺服进给系统衰放后的指令各个时刻截面频谱图：