补偿控制系统.ppt
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1、第六章 补偿控制系统,6.1 补偿控制方式 6.1.1 闭环反馈补偿控制方式 6.1.2 开环前馈补偿控制方式 6.1.3 半闭环前馈补偿控制方式6.2 误差补偿控制系统的补偿实施策略6.3 计算机补偿控制系统6.4 开放式数控补偿控制系统6.5 单片机补偿控制系统,6.1 补偿控制方式 误差补偿实施是移动刀具或工件使刀具和工件之间在机床空间误差的逆方向上产生一个大小与误差接近的相对运动而实现的。机床误差补偿控制方式一般可分为以下三种:闭环反馈补偿控制方式、开环前馈补偿控制方式和半闭环前馈补偿控制方式。,6.1.1 闭环(反馈)补偿控制方式 闭环反馈补偿控制如图6-1所示,在机械加工过程中直接
2、补偿实际测量值和理论值之间的误差。由于反馈信息来自于最后检测的工件尺寸,所以可消除各种误差,但是这种方法需要有像激光测微仪等的高精度尺寸检测装置。然而这种装置通常是非常昂贵的,而且其又很难在加工过程中对有复杂外形或有内部结构的工件进行实时检测,难以应用于工厂实际生产。,图6-1 闭环反馈补偿控制系统,6.1.2 开环(前馈)补偿控制方式,开环前馈补偿控制如图6-2所示,利用预先求得的加工误差数学模型,预测误差而进行补偿。但这必须有一个符合工程要求和实用的误差模型进行预测,而且要求系统不受外界因素所干扰,否则不能进行正确地预测加工误差。但是,开环前馈补偿系统很难做到系统不受外界因素所干扰,故这种
3、控制方式也难以应用于导生产。,图6-2 开环前馈补偿系统,6.1.3 半闭环(前馈)补偿控制方式,半闭环前馈补偿控制如图6-3所示,选择几个比较容易检测,又能表征系统状态、环境条件的参量作为误差数学模型的变量,建立加工误差和这些参量的并反映规律的关系式。作为半闭环前馈补偿,选择正确、合理、实用的参量是建立补偿模型重要的一步,此误差补偿控制系统的关键在于保证加工误差估计模型的高度准确性。,图6-3 半闭环前馈补偿控制系统,比较以上三种补偿系统,闭环反馈补偿控制系统的优点是补偿精度最高,而缺点是系统制造成本也最高;开环前馈补偿控制系统的优点是系统制造成本最低,而补偿精度也最低;半闭环前馈补偿控制系
4、统的功能与价格比最佳,故根据我国的具体情况,以经济、技术、实用和精度等综合考虑,选用半闭环前馈补偿控制系统是相对最优的控制方式。注:数控机床的补偿控制方式与位置控制的开环控制、闭环控制和半闭环控制三种位置控制概念有所不同。一根运动轴的位置闭环控制系统需8000元左右,则三轴为24000元,另外,此系统由于响应太慢而不能用于运动速度较高的运动轴。,补偿控制方式结论:,6.2 误差补偿控制系统的补偿实施策略 在早期的误差补偿研究中,误差是通过离线修改数控代码而实现的。该方法相当耗时,且假定离线辨识的误差在实际加工中保持相同。近年来,开发了两种不同的策略来实施误差补偿:反馈中断策略和原点平移策略。,
5、.一、反馈中断策略 反馈中断策略是将相位信号插入伺服系统的反馈环中而实现的。如图6-4所示,补偿用计算机获取编码器的反馈信号,同时,该计算机还根据误差运动综合数学模型计算机床的空间误差,且将等同于空间误差的脉冲信号与编码器信号相加减。伺服系统据此实时调节机床拖板的位置。该技术的优点是无需改变CNC控制软件,可用于任何CNC机床,包括一些具有机床运动副位置反馈装置的老型号CNC机床。然而,该技术需要特殊的电子装置将相位信号插入伺服环中。这种插入有时是非常复杂的,需要特别小心,以免插入信号与机床本身的反馈信号相干涉。,图6-4 反馈中断策略补偿原理,脉冲发生器,补偿控制系统主要由微处理器MCU(分
6、析、计算、补偿单元)结合机床控制器构成。首先通过布置在机床上的热传感器实时采集机床的温度信号(和热误差有关)并通过A/D板和输入输出接口把它送入微处理器,同时,通过机床编码器实时采集机床拖板的运动位置信号(和几何误差有关)并通过输入输出接口把它送入微处理器,,根据综合误差数学模型,微处理器算出瞬时综合误差值。然后,把补偿值(误差值的相反数)跟机床编码器信号叠加后送入机床控制器,机床控制器据此实施对机床下一步运动的控制。这样,通过修正编码器输出信号(加入补偿信号),而无需改变数控机床控制器内部原先的数控程序,使得数控机床在加工过程中实现系统补偿。本过程某种程度上是一种对编码器功能的扩展改良(相当
7、于带补偿功能的编码器)。可以适合于绝大多数类型的数控系统。其原理如图所示。,误差补偿控制系统结构如图所示。温度信号通过A/D板和输入输出接口等进入补偿控制系统的分析、计算、补偿单元,同时,机床运动位置信号(相对位置信号)和原点位置信号经位置信号检测器转换成绝对位置信号后也进入补偿控制系统的分析、计算、补偿单元,在这里,根据误差元素的不同性质用不同的软件把它建立为温度或者绝对位置的函数模型,再根据综合误差数学模型算出瞬时综合误差值。然后,把补偿值(误差值的相反数)跟机床编码器信号相叠加后送入机床控制器。机床控制器据此实施对机床下一步运动的控制。,(1)以CPU为核心的数学计算和逻辑运算单元。(2
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