[发明专利]基于刚度辨识的数控机床进给系统控制参数优化方法

摘要

本发明公开了一种基于刚度辨识的数控机床进给系统控制参数优化方法，该方法通过G代码产生激励信号并输入到进给系统中，用峰值拾取法对工作台时域响应信号进行频域分析，辨识出进给系统的传动刚度值；以工作台位移、速度、加速度的稳态误差均方根的加权求和为评价指标，对伺服系统的控制参数进行优化。本发明可以方便准确地辨识出进给系统的刚度，当刚度发生改变使得机床精度不能满足要求时，根据控制参数与评价指标的关系调节控制参数，使其性能达到最优。

主权项

一种基于刚度辨识的数控机床进给系统控制参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将一种由多段随机时间、随机速度构成的频域幅值为1的运动指令生成G代码序列输入到数控机床中，对数控机床产生输入激励信号；2)数控机床的工作台运动产生位移响应，采集工作台的时域响应信号；3)将采集到的时域响应信号进行频域分析，求得数控机床进给系统的频响函数，从而得到一阶反共振幅值A1、频率ω1和一阶共振幅值A2、频率ω2；4)查电机手册得到电机转动惯量J1，对数据进行分析再处理，利用步骤3)一阶反共振幅频率ω1和一阶共振频率ω2得到最终的等效刚度值Kθ：Kθ=J2ω12---(1-5)]]>式中：J2为负载转动惯量，其表达式为J2=(ω22-ω12)J1ω12---(1-6)]]>5)每测得一次刚度值，数控机床都按照统一的位移斜坡测试轨迹指令控制数控机床进给系统工作，并实时采集响应数控机床运动位置信息；6)依据测试轨迹指令信息和机床运动位置信息，通过评价指标对数控机床进给系统动态性能进行综合评价；所述评价指标为位移稳态误差均方根值、速度稳态误差均方根值和加速度稳态误差均方根值的加权求和E，其表达式如下式(1‑7)所示：式中：x实际—激光干涉仪采集的工作台实际位移值；x理论—机床当前运动轴的指令位置；v实际—工作台实际速度值；v理论—机床当前运动轴的指令速度；a实际—工作台实际加速度值；a理论—机床当前运动轴的理论加速度；A1—位移稳态误差均方根值权重系数；A2—速度稳态误差均方根值权重系数；A3—加速度稳态误差均方根值权重系数；Bθ—数控机床进给系统等效阻尼；7)根据一系列控制参数数值组合，调整数控机床进给系统控制参数使其评价指标最小，此时的控制参数为最优值。