[发明专利]一种并联构型主轴头的伺服系统控制参数设计方法

摘要

本发明公开了一种并联构型主轴头的伺服系统控制参数设计方法，属于机械制造及控制领域。该方法首先基于并联构型主轴头的动力学模型提出一种评价各驱动轴动态负载的动力学指标；根据并联构型主轴头的转角范围，利用所提出指标确定动态负载最大的驱动轴及主轴头相应位姿；为使伺服系统与机械系统性能匹配，获得理想的机电系统性能，选择驱动电流作为并联构型主轴头机电系统的耦合变量，并提出相应设计指标，保证主轴头在运动过程中驱动电流具有理想的幅值、振动情况及相位；最终利用一种参数测试实验法确定满足设计指标的伺服系统控制参数。本发明通过优化并联构型主轴头机电系统耦合变量特性，能够有效提高主轴头的运动精度。

主权项

1.一种并联构型主轴头的伺服系统控制参数设计方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)基于并联构型主轴头的动力学模型，提出一个动力学指标如下：DVCIi＝|ai1|+|ai2|+…+|aij|+|bi2|式中，动力学指标DVCIi的量纲为Kg·m，i为并联构型主轴头的驱动轴数目，aij为惯量矩阵的第i行第j列元素，bi2为重力矩阵的第i行第2列元素；2)确定并联构型主轴头在运动过程中的转角范围，利用步骤1)中所提出的动力学指标找到动态负载最大的驱动轴及此时主轴头所处的位姿；3)选择驱动电流作为机械系统与伺服系统间的耦合变量，提出三个设计指标如下：(a)设计指标F1：F1＝max|it|式中it为动态阶段的驱动电流；(b)设计指标F2：F2＝std(it)式中std(it)代表驱动电流的标准差；(c)设计指标F3：F3＝|et0|+|ete|式中et0与ete分别为并联构型主轴头运动起始及结束时驱动轴的跟随误差；4)基于典型前馈伺服系统，选定一组控制参数c＝[Kppc Kvc]，其中Kppc为位置环比例增益，Kvc为速度前馈补偿系数，进而利用参数测试实验法得到测试结果F1c、F2c、F3c；5)将测试结果F1c、F2c、F3c与指定的设计指标F1、F2、F3进行比较，同时还需计算驱动轴的跟随误差平均值T1及绝对误差积分值T2如下：T1＝mean|e|式中e为测试过程中的驱动轴跟随误差；6)若测试结果满足三个设计指标且T1、T2值满足实际应用需求，则该组控制参数作为并联构型主轴头伺服系统的控制参数，若测试结果没有满足相应设计指标则更换一组控制参数c＝[Kppc Kvc]，重复步骤4)中参数测试实验法，直到满足设计指标为止。