多轴CNC机床耦合轮廓误差补偿方法

介绍了CNC机床耦合轮廓误差补偿方法的原理及设计方法。首先分析了非耦合的轮廓控制系统,给出了轮廓误差的定义及算法,引入了耦合轮廓控制的概念。以两轴CNC机床为例,介绍了耦合轮廓控制系统的结构及设计方法。最后讨论了耦合轮廓控制的效果及需要进一步研究的问题。     

一种进给伺服系统非线性PID交叉耦合控制

提高多轴伺服系统的轮廓跟随性能是现代计算机数控加工的重要应用之一。针对传统交叉耦合控制方法对自由曲线轨迹的轮廓跟踪精度较差以及传统PID控制系统抗扰性和鲁棒性较差的问题,提出一种基于自抗扰控制的交叉耦合轮廓误差补偿综合控制策略,该策略由用于位置环反馈控制和轮廓误差补偿的新型非线性PID (NLPID )、位置伺服控制器 TNP-ADRC 和基于NLPID的变增益交叉耦合控制器组成。在MATLAB/Simulink环境下对方波信号跟踪和标准圆轮廓加工过程中轮廓误差的变化情况进行仿真,仿真结果表明：与传统PID交叉耦合控制相比,该方法不仅能够有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰能力,并且能够显著提高多轴运动控制系统的轮廓加工精度。     

基于迭代学习交叉耦合的轮廓误差控制方法研究

针对进给伺服系统传统控制方法产生的各轴特性不匹配、控制精度不佳、抗扰动能力不足等问题,提出一种基于自抗扰控制(ADRC)和迭代学习交叉耦合控制(ILCCC)的轮廓跟踪控制算法。对于空间任意轮廓曲线,所提算法在三轴联动条件下,通过不断的迭代学习过程,优化分配给各轴的轮廓误差补偿量,加快伺服轴动态响应的同时,有效抑制伺服系统的轮廓误差。在仿真平台下建立控制器数学模型,对空间直线和空间螺旋线轨迹进行了三维跟踪验证。研究结果表明：与ADRC控制算法和ADRC+PIDCCC控制算法相比,ADRC+ILCCC控制算法在轮廓误差的最大绝对值、累计值以及平均值等指标上均有很大改善,证明了所提算法的优越性。     

轮廓误差补偿方法研究

综合运用单轴误差增益补偿和交叉耦合控制技术,以PID交叉耦合控制思想为基础设计一种复合式交叉耦合控制器来直接减小轮廓误差,这种控制器在大误差状态时采用专家控制的基本思想设计5种控制原则迅速减小轮廓误差,以保证快速性;小误差状态时切换到改进型单神经元PID控制器以获得较高的控制精度.仿真结果表明新方法能够有效的提高轮廓加工精度.     

基于直线插补的多轴联动轮廓误差控制方法

数控机床各联动轴实际动态性能不一致,会降低机床轮廓精度。针对空间复杂轮廓,提出一种基于直线插补的多轴联动轮廓误差控制方法。根据实际刀位点和用直线段逼近刀心轨迹指令曲线时的逼近节点,基于矢量法计算轮廓误差;将计算得到的轮廓误差与当前采样周期的跟随误差相叠加以控制伺服电机。在XYZ联动平台上进行了轮廓误差补偿控制实验,结果表明该方法能显著提高轮廓精度。     

CNC机床伺服系统特性对轮廓误差的影响机理

位置闭环控制的CNC机床在进行连续切削时,零件的轮廓精度与伺服驱动系统的稳态、动态特性有关.介绍了位置增益、跟随误差、轮廓误差,建立了位置闭环控制系统传递函数、跟随误差与轮廓误差数学模型,研究了直线和圆弧轮廓跟随误差与轮廓误差的关系,分析了CNC机床伺服系统特性对零件轮廓误差的影响机理,为提高零件轮廓的加工精度提供理论基础.     

基于交叉耦合迭代学习的三轴运动控制算法研究北大核心

随着科技的日新月异、工业的快速发展,许多工业领域对控制系统的性能提出了更高的要求,普通平面控制系统已经无法满足日益复杂的空间作业任务,而三轴运动控制系统在三维空间任务中具有强大的优势。从制造业的角度出发,致力于研究一种面向三轴运动控制系统的交叉耦合迭代学习的轮廓误差控制方法,既能保证单轴的跟踪性能,又能减小各轴之间运动的不协调,从而减小轮廓误差。介绍传统的两轴误差模型和基于向量法的三轴误差模型,以及迭代学习控制和交叉耦合控制的概念;针对三轴运动控制系统的性能提升提出一种三轴交叉耦合-迭代学习控制算法;设计相关对比实验,实验结果表明该算法能有效减小轮廓误差。     

一种多轴数控机床轮廓误差耦合控制方法

在分析数控机床传统轮廓误差控制方法不足基础上,提出了一种计算简单、精度高、适合多轴控制的轮廓误差耦合控制方法。该方法包括轮廓误差计算模型和轮廓误差耦合控制方案两部分。提出的轮廓误差计算模型把当前采样周期实际刀具位置到本周期和上一周期插补指令点连线的最短距离近似为轮廓误差;设计的轮廓误差耦合控制方案,实现了对轮廓误差的实时补偿控制。数控仿真加工结果表明所提出轮廓误差耦合控制方法能够有效提高轮廓控制精度。     

基于模糊滑模的两轴伺服系统轮廓误差交叉耦合控制算法

针对两轴伺服系统轮廓误差控制问题,提出一种基于模糊滑模的交叉耦合轮廓误差控制方法。设计了单轴模糊滑模跟踪控制器,用于消除干扰作用。将模糊控制器用于自适应调节滑模控制器切换增益,减小滑模控制的抖振现象。采用交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制,解决轴间参数不匹配的问题,保证轮廓控制精度。仿真结果表明:该方法能有效提高跟踪精度和轮廓精度。     

基于PDFF的直线电机驱动XY平台H∞交叉耦合控制

XY平台直线伺服系统中,负载扰动、机械惯性及双轴响应速度不匹配会影响轮廓加工精度,为此提出了一种将PDFF及H∞交叉耦合控制相结合的控制策略.单轴速度控制器采用兼顾快速性和鲁棒性的PDFF控制,间接减小轮廓误差.并在X、Y轴间引入交叉耦合控制,将基于PDFF的XY平台交叉耦合控制框架等效为一反馈系统,采用H∞次优方法设计交叉耦合控制器,直接减小轮廓误差.仿真结果表明该控制方案可增强系统的鲁棒性,提高系统的快速性和轮廓加工精度.     

基于ZPETC和CCC的直驱XY平台高精度控制

针对直接驱动XY平台轮廓加工中存在的电气--机械延迟、系统参数不确定性及两轴驱动系统参数不匹配等因素的影响,提出了将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)与交叉耦合控制器(CCC)相结合的控制策略对两轴的运动进行协调控制,实现跟踪误差与轮廊误差同时减小.ZPETC作为前馈跟踪控制器,克服了伺服滞后,使系统实现准确跟踪,减小了跟踪误差;CCC作用于两轴之间,用以增加两轴间的匹配程度,以减小轮廓误差.仿真和实验结果表明所提出的控制方案具有较好的跟踪性和鲁棒性,进而大大提高了跟踪精度和轮廓精度.     

两轴变增益交叉耦合控制系统的仿真分析

直线伺服系统中,负载扰动、机械惯性及两轴响应速度不匹配会影响轮廓加工精度,如何提高两轴运动控制系统的协调性成为亟待解决的问题。文章在介绍永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上,详细分析了系统轮廓误差定义与变增益交叉耦合控制算法,最后在Matlab/Simulink环境下搭建了两轴变增益交叉耦合控制系统仿真模型,并对结果进行了分析。仿真结果表明,变增益交叉耦合控制算法较传统控制算法有效提高了系统的快速性和鲁棒性,并减小了系统的轮廓误差。     

永磁直线电机驱动XY平台精密轮廓跟踪控制

为了减少高速进给率条件下轮廓跟踪过程中产生的轮廓误差,提出了一种将PDFF位置控制器与模糊交叉耦合控制器相结合的控制策略。首先,通过调节前馈增益,PDFF位置控制器可以综合利用PDF控制和PI控制的优点;其次,基于自由曲线轮廓误差模型来计算轮廓误差,并且提出一种以两轴的位置跟踪误差以及轮廓误差为输入的模糊交叉耦合器来减少轮廓跟踪过程中产生的轮廓误差;最后,空载与负载实验结果表明,与传统的交叉耦合结构相比,该方法在高速进给率条件下可以有效降低XY平台的轮廓误差,并且可以提高轮廓跟踪系统的鲁棒性。     

数控机床轮廓误差的插补预测补偿控制研究

伺服系统的基本原则是闭环控制,跟踪误差必然存在.如果多轴联动设备上使用伺服系统驱动进给轴,跟踪误差会引起加工轮廓误差.高精度数控机床要求轮廓误差越小越好.文章在定位过程中的伺服系统位置跟踪误差曲线等效成梯形曲线的基础上,从插补控制器着手研究跟踪误差的预测补偿控制.试验结果证明该控制方法简单有效.     

XY平台直线伺服系统的IP变增益交叉耦合控制

XY平台直线伺服系统中,负载扰动、机械时间延迟及各轴响应速度不同会影响轮廓加工精度,为此提出了一种将积分-比例(I-P)控制、速度前馈控制及变增益交叉耦合控制相结合的控制策略。单轴采用由IP控制和前馈控制构成的复合速度控制器,IP控制具有快速响应和抑制扰动的能力,速度前馈控制可增加系统跟踪能力,降低机械时间延迟效应。间接减小轮廓误差。并且,在X、Y轴间加入变增益交叉耦合控制器,直接减小轮廓误差。仿真结果表明该控制方案可增强系统的鲁棒性,提高系统的快速性和轮廓加工精度。     

直驱H型平台的Laguerre迭代轮廓控制研究

针对直驱H型平台在跟踪大曲率复杂轮廓时,轮廓精度低的问题,提出一种精密轮廓跟踪迭代控制方法.采用有理多项式求根的方法精确计算在大曲率高速运动过程中的轮廓误差精确模型,应用Laguerre迭代估计方法结合交叉耦合控制器设计了综合考虑多轴协同运动的控制方案,以切实保证此类系统在实际应用中的高性能轮廓跟踪.系统实验结果表明,...     

双转台五轴联动数控机床轮廓误差控制方法

五轴数控加工中,机床几何精度、动态特性不匹配等因素引起的各种误差最终会表现为零件的轮廓误差,所以控制和补偿轮廓误差具有重要意义。以双转台五轴联动数控机床为对象,采用D-H法建立了数控机床运动学模型。运用运动学正解模型,揭示了刀心位置轮廓误差和刀轴方向轮廓误差的产生规律,为轮廓误差补偿控制提供了理论依据。在此基础上设计了一种轮廓误差补偿控制方法。仿真实验证明该控制方法能有效减小轮廓误差。     

CNC加工中直线插补刀路的误差评估修正研究

在精加工中,CNC机床扮演者极其重要的角色.CNC机床的加工水平已经成为衡量一个国家生产力和工业实力的重要指标.本文将针对传统的CNC机床控制器的直线插补功能上的缺点作深入的研究与分析,并使用Runge-Kutta法则对样条刀路进行误差评估修正,利用对于误差的评估-修正的方法求出最佳的曲线参数,推导出机床各轴控制系统的相对取样时间的进给量.通过仿真试验证明本文提出的算法在轮廓加工精度上优于传统的直线插补方法.     

五轴数控机床转动轴与平动轴联动的轮廓误差仿真分析

以主轴头两摆的五轴联动数控机床为研究对象,对转动轴与平动轴联动加工不同空间位置圆弧时的轮廓误差进行了分析。采用D-H(Denavit-Hartenberg)法对按不同圆弧路径加工时各轴的进给指令计算公式进行了推导,并将指令输入到动态仿真工具Simulink构建的进给系统仿真模型中,比较刀具理想位置与实际位置的偏差,从而得到轮廓误差曲线。通过仿真曲线分析了轮廓误差的分布特性,得到了各参数对轮廓误差影响的对应关系,利用这种关系检测机床,达到提高机床性能的目的,同时为机床的调整与维修提供一种便捷手段。     

高速轮廓运动综合位置误差控制的研究

高速轮廓运动控制技术已广泛应用于工业中。目前研究主要从减少伺服跟随误差和采用交叉耦合控制减少轮廓误差两个方面来提高运动精度。文章对几种常见的控制方法进行了讨论，并给出了一种综合位置误差控制的方案。该控制方案可在不改变原位置环的基础上大大提高位置伺服的性能，减小高速运动和参数扰动时的轮廓误差。控制理论分析和仿真结果表明了其有效性，且该方案容易实现。