機電耦合與誤差補償

1、機電耦合與誤差補償目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 一、機電耦合2 HYPERLINK l bookmark6 機電耦合的建模方法2 HYPERLINK l bookmark8 機電耦合的研究內(nèi)容與意義3 HYPERLINK l bookmark10 二、誤差補償4 HYPERLINK l bookmark12 數(shù)控機床幾何誤差的補償4 HYPERLINK l bookmark22 數(shù)控機床熱誤差的補償7 HYPERLINK l bookmark26 數(shù)控機床誤差的綜合動態(tài)補償9 HYPERLINK l bookmark30 伺服系統(tǒng)提高定位精度的方法

2、11機電耦合與誤差補償?shù)难芯恳弧C電耦合機電耦合的建模方法機床中的絕大部分轉(zhuǎn)子系統(tǒng)都以交流電機作為動力源，機電耦合是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在起動、制動、負載沖擊和自激震蕩等非平穩(wěn)過程中表現(xiàn)出的基本特征。建立轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的機電耦合數(shù)學(xué)模型并利用該模型定量研究非平穩(wěn)過程中各系統(tǒng)參數(shù)的變化規(guī)律，對于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計和故障診斷具有重要價值。電機機電耦合系統(tǒng)建模包含兩種技術(shù)途徑:一是系統(tǒng)集成的途徑,即把耦合系統(tǒng)當一個整體傳遞函數(shù)看待,建立系統(tǒng)輸入與輸出的直接關(guān)系,以實現(xiàn)對電機的控制。二是分立子系統(tǒng)的途徑,即把各個結(jié)構(gòu)部件（裝置）的幾何和材料性能等參數(shù)同它們的動力學(xué)行為結(jié)合起來,使其因果關(guān)聯(lián)能直觀地體現(xiàn)出來,為電機進一步

3、參數(shù)優(yōu)化創(chuàng)造條件。后者是前者的基礎(chǔ),一般采用先分立后綜合的技術(shù)途徑。這里所述的是分立子系統(tǒng)的建模方法。解析法以交流電機的工作機理為理論基礎(chǔ)可以得到其解析模型。解析法所能解決的問題一般是比較規(guī)整的、理想的,往往與實際情況有所不同。實際問題必須經(jīng)過簡化,由此造成很大誤差。因而解析法一般只作為理論上的定性分析。數(shù)值解法（有限元法）大多數(shù)的工程問題由于實際結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,在解析法不適用的情況下,往往采用數(shù)值解法。以有限元為代表的數(shù)值算法經(jīng)過幾十年的發(fā)展,已成為工程分析計算中不可缺少的工具。有限元法的最大優(yōu)勢就是其解法的通用性,一個問題只要能列寫出其本構(gòu)方程,就能利用限元進行求解。尤其對一些非線性問題及需

4、要反復(fù)迭代求解的問題更能顯示出其優(yōu)越性。應(yīng)用有限元方法可以很方便地對電機的振動模態(tài)進行分析研究,這對于電機的分析是必不可少的,也是目前廣為采用的。但有限元法的缺陷也是明顯的:建模復(fù)雜、計算耗時長、工作量大、用機時多,不適于做參數(shù)分析,更不利于優(yōu)化設(shè)計。半解析法（數(shù)值-解析法）半解析法近年倍受推崇,它將解析法的思維方式和數(shù)值法的有效求解有機地結(jié)合起來,互相取長補短。它既利用了解析法的思路,便于理論分析,又部分地使用數(shù)值法對分析過程中的某些參數(shù)進行精確計算,避免了有限元法的純黑箱操作,從而使數(shù)值計算完全在理論的指導(dǎo)下進行,往往可以使問題的求解結(jié)果比解析法更精確,甚至能近似達到有限元的精度，但比有限

5、元的計算量大為減小。例如，Nes2bittw.Hagood,AndrewJ.Mcfarland（1995）利用分析動力學(xué)的Hamilton原理和Rithz法建立了具有普遍意義的構(gòu)架式超聲電機耦合系統(tǒng)模型,為機電耦合建模提供了一條新思路。等效電路法等效電路法是研究電機機電耦合系統(tǒng)特性的一個非常簡單有效的方法。對于電機定子這樣的部件,在實現(xiàn)從電能到機械能的轉(zhuǎn)換過程中,在定子內(nèi)部,既有機械能（彈性變形能）,同時又有電能,是機電的統(tǒng)一體,僅利用純力學(xué)分析的方法對其電學(xué)特性進行研究就很不方便。等效電路模型正是利用了機械振動和電路振蕩的原理相似性進行了等效轉(zhuǎn)換,使得對定子的機電耦合特性的分析更加方便。雖然

6、等效電路法具有簡單方便的特點,但其主要還是側(cè)重于電學(xué)特性的分析,更須指出的是等效電路中的各主要的等效元件（主要是機械支路部分）的確定依賴于實驗結(jié)果?？梢?該方法是一種后驗性方法。正如日本電機專家、山形大學(xué)教授富川義朗所說,該方法目前僅用于原理性分析,尚不能用于計算。機電耦合的研究內(nèi)容與意義1、建立轉(zhuǎn)子、定子系統(tǒng)的機電耦合數(shù)學(xué)模型，并利用該模型定量研究非平穩(wěn)過程中各系統(tǒng)參數(shù)的變化規(guī)律。2、研究機電耦合與系統(tǒng)誤差之間的作用聯(lián)系和規(guī)律，并且通過研究結(jié)果采用優(yōu)化設(shè)計降低系統(tǒng)誤差。數(shù)控機床中的絕大部分轉(zhuǎn)子系統(tǒng)都以交流電機作為動力源，機電耦合是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在起動、制動、負載沖擊和自激震蕩等非平穩(wěn)過程中表現(xiàn)出的

7、基本特征。因此研究機電耦合現(xiàn)象對增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)誤差都有重要的意義。二、誤差補償一般地說，數(shù)控機床的不精確性是由以下原因造成：1、機床零部件和結(jié)構(gòu)的幾何誤差；2、熱變形誤差；3、切削力變形；4、其它誤差源，如機床軸系的伺服誤差（跟隨誤差等），數(shù)控插補誤差等。2.1數(shù)控機床幾何誤差的補償一、數(shù)控幾何誤差補償?shù)臈l件1、軟件幾何誤差補償只能補償系統(tǒng)誤差，機床必須符合下面條件才能夠補償。系統(tǒng)誤差必須明顯大于隨機誤差，也就是機床的重復(fù)性要足夠好。2、補償后機床精度的提高與補償?shù)馁M用相比要合算。3、幾何誤差的空間變化率要低于測量誤差時使用的標準規(guī)的尺寸間隔。這一點強調(diào)了誤差測量的連續(xù)標準，如激光干

8、涉儀與離散標準，如步距規(guī)、球列、球板是不同的。4、機床必須有絕對坐標系，坐標系原點的不確定度比誤差的空間變化率低。5、伺服/計算機性能（分辨力、空間修正頻率、計算速度）足夠好。6、必須有合適的機床模型，有這個模型可推導(dǎo)誤差的數(shù)學(xué)模型，該模型建立了各項誤差源和最終誤差之間的關(guān)系，模型中的參數(shù)可通過實驗測量。二、數(shù)控機床幾何誤差補償?shù)牟襟E數(shù)控機床幾何誤差補償要分以下三步進行：1、建立機床的幾何誤差模型，這個模型要簡單而且可足以反映機床真實的特性。2、用實驗方法，直接或間接地測量幾何模型中的參數(shù)。對實驗結(jié)果處理，計算幾何誤差模型中的表征參數(shù)，最后得到機床的空間誤差函數(shù)。3、建立誤差補償表或補償函數(shù)，

9、控制機床執(zhí)行機構(gòu)的運動從而提高精度。三、幾何誤差模型的建立機床幾何誤差模型就是刀具相對工件的誤差與機床各導(dǎo)軌坐標位置之間的函數(shù)關(guān)系。在幾何誤差補償中，建立簡單可靠的模型有重要的意義。一個簡化的數(shù)學(xué)模型可以大大減少在機床加工空間內(nèi)誤差測量的次數(shù)。在早期的機床幾何誤差建模中，人們主要依靠初等幾何種的三角法對各個原始幾何誤差（又稱參數(shù)誤差）的效應(yīng)逐一進行分析。后來人們使用坐標系的概念，使建模方法更加明確和系統(tǒng)化。在這種方法中，將坐標系剛性地固定在機床結(jié)構(gòu)環(huán)的各運動組件上，各參數(shù)誤差分別定義為兩連續(xù)坐標系相對運動時的三個平移誤差和三個轉(zhuǎn)角誤差，用剛體運動學(xué)的數(shù)學(xué)方法對誤差建模，這種方法可對機床結(jié)構(gòu)進行

10、完整的分析。一般這種模型只用來分析幾何誤差，而不考慮熱誤差和力變形誤差。隨著具有轉(zhuǎn)動組件的多軸機床和工業(yè)機器人的大量涌現(xiàn)，機床的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，用上述方法建模出現(xiàn)一些困難。而利用機器人運動學(xué)中的齊次矩陣的概念，用4X4齊次變換矩陣描述兩坐標系間的相對運動，使建模更加簡單。在建立幾何誤差模型時都運用了下面的準則：準剛體模型為了簡化誤差補償工作，希望機床的誤差模型盡可能簡單，為此常使用剛體模型。盡管在實際系統(tǒng)中，機床的某些部件在重力作用下會產(chǎn)生變形，若它是單一變量的函數(shù)，其影響與加工誤差造成的導(dǎo)軌直線度誤差相同，可以通過誤差補償來消除其影響。在這種情況下，仍可按剛體模型處理。是否可按剛體模型簡化，

11、可以通過測量不同位置、不同載荷下機床工作臺平面度的變化來檢驗。誤差獨立作用原則對不同原因，如位置、運動方向、速度、加速度、溫度分布、載荷、測量方法等造成的誤差分別研究，最后把他們的影響相加，即假設(shè)各誤差源是相互獨立的，機床是線性系統(tǒng)，每個誤差分量都可以找到它的產(chǎn)生原因，可以分離、控制和測量。四、幾何誤差的測量原始幾何誤差的測量也是誤差補償中非常重要的一個環(huán)節(jié)。任何幾何誤差測量方法都應(yīng)盡可能滿足下面要求：1、一致性：機床標定時的狀態(tài)應(yīng)與使用時的狀態(tài)相同。機床的切削實驗滿足這個要求但從切削實驗中難以得到原始誤差。2、完整性：測量應(yīng)揭示機床在全部加工空間內(nèi)、在全部規(guī)定工況下的誤差。3、簡單性：測量儀

12、器應(yīng)該便宜、操作簡單，無需特殊的培訓(xùn)就可快速地使用。4、準確性和解析性：誤差測量的精度要足夠高，必須揭示影響機床特性的誤差源和其原因，使我們可以通過返修、硬件或軟件誤差補償提高機床的性能。幾何誤差的測量方法可以分為直接方法和自標定方法。1、直接方法直接方法又稱為參數(shù)法，是對每一項原始幾何誤差都進行測量。在實際應(yīng)用時，根據(jù)檢具的類型可分為兩類：1）對每一項原始幾何誤差都使用專用的測量儀器。直接測量采用了許多成熟可靠儀器和方法，但必須擁有和維護各種昂貴的儀器和標準件，對操作人員的技術(shù)水平要求比較高。2）對每一項原始幾何誤差都使用單一標定過的實物基準。標定過的實物基準可以是一維的球列、二維的球板或三

13、維的空間實體。將基準置于機床的工作空間內(nèi)，在機床安裝刀具處安裝測頭，對實物基準進行測量。測量值與實物基準上各點的坐標或距離的標準值之差可以反映原始幾何誤差。使用標定的實物基準的優(yōu)點是數(shù)學(xué)公式非常簡單，檢測速度快等。缺點是必須準確地按操作規(guī)程作，實物基準需要標定，具有長期穩(wěn)定性等。上述幾何誤差測量得到的都是離散點處的誤差值，需要用連續(xù)函數(shù)進行擬合，在一般情況下，采用多項式函數(shù)可以滿足精度要求。2、自標定方法自標定方法在誤差測量中，合理采集信息并進行優(yōu)化處理，可以使許多誤差相互補償從而提高測量精度。將實物基準放在機床工作空間內(nèi)的不同位置，分別測量上面各點的空間坐標。實物基準在各位置上，各點的坐標和

14、它們之間的距離是不變的。將測量的信息與機床的幾何誤差模型相結(jié)合，得到一系列方程，使方程的個數(shù)大于其中未知量的個數(shù)，用最小二乘法解方程，可以獲得各項原始幾何誤差。五、誤差補償?shù)膱?zhí)行誤差補償?shù)膱?zhí)行包括誤差的計算和補償?shù)膶嵤诩庸ぶ许憫?yīng)速度往往是主要問題。已經(jīng)獲得的機床誤差值以誤差表或系數(shù)表的形式存儲在計算機內(nèi)存中，通過插值或直接計算，可得到各位置的誤差。在補償?shù)膱?zhí)行方面，一些學(xué)者采用壓電陶瓷執(zhí)行器與彈性變形機構(gòu)構(gòu)成高靈敏度、高頻響執(zhí)行機構(gòu)，實行微動補償。但在機床上安裝一套附加裝置是比較復(fù)雜的?，F(xiàn)在許多研究都對加工程序進行預(yù)處理，即根據(jù)通過誤差模型計算出的誤差值修改加工程序，再去控制機床進給系統(tǒng)去

15、執(zhí)行。這種方法不僅降低了補償系統(tǒng)的成本，還滿足高動態(tài)性能的要求。它與機床的硬件無關(guān)，適用于采用任何數(shù)控系統(tǒng)的機床。工件的NC加工程序是在未補償?shù)臋C床空間坐標下編制的，預(yù)處理程序把未補償?shù)目臻g坐標映射到補償?shù)目臻g坐標，工件的程序經(jīng)過預(yù)處理就已經(jīng)補償了機床的幾何誤差。六、軟件幾何誤差補償方法的局限性軟件幾何誤差補償有下面一些局限：只能補償系統(tǒng)誤差，而且它必須明顯大于隨機誤差。誤差補償模型的精度要足夠高。機床必須具有絕對坐標測量系，誤差的測量和補償必須以這個坐標系為參考。短周期誤差無法補償，這會是標尺誤差的主要問題。補償系統(tǒng)的分辨力必須滿足幾何誤差變化頻率的要求。絕對坐標系原點的不確定度必須低于所補

16、償誤差的變化周期。誤差補償?shù)慕Y(jié)果受機床的熱狀態(tài)和在標定時所使用的標準件的熱狀態(tài)影響較大，應(yīng)該注意到這一點。補償系統(tǒng)得時間響應(yīng)不能影響機床性能?；跍蕜傮w假設(shè)建立模型測量和辨識機床的幾何誤差，由于它的內(nèi)在特性，不能把機床組件質(zhì)量引起的彈性形變從直線度運動誤差中分離出去。2.2數(shù)控機床熱誤差的補償熱誤差是數(shù)控機床的最大誤差源之一，世界各國都非常重視熱誤差并進行了大量研究。在各項熱源中，主軸的摩擦熱是最大熱源。通過機床熱誤差溫度模型，用軟件方法補償熱誤差是目前最為流行的方法。一般來講，減小機床熱誤差有三種方法，（1）改進設(shè)計，使機床對溫度的敏感程度最??；（2）溫度控制；（3）誤差補償。一、改進機床設(shè)

17、計熱態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是精密機床設(shè)計的一項重要任務(wù)。熱態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就是在一定熱源作用下，從形狀優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化出發(fā)，尋求合理的溫度分布和剛度分布，控制機床機構(gòu)的熱位移，保證加工精度。在機床的設(shè)計中，從結(jié)構(gòu)形式、尺寸參數(shù)、熱源布置、潤滑油路布置等方面綜合考慮，對大件進行優(yōu)化設(shè)計，是近年來逐漸采用的減小熱變形的對策。二、控制溫度熱源的作用是機床熱變形的直接原因，控制熱源的發(fā)熱使機床溫升減小或均衡溫度場是保證機床具有良好熱態(tài)精度的重要措施。近年來，在熱誤差研究領(lǐng)域采用了熱管技術(shù)。熱管是一種新型的高效傳熱元件，其導(dǎo)熱率比金屬導(dǎo)體好要高好幾百倍。熱管通過工作液體把熱量從一端傳導(dǎo)到另一端，而它本身通過空氣循環(huán)

18、冷卻。水內(nèi)冷卻技術(shù)是在主軸箱內(nèi)圍繞主軸軸承外環(huán)設(shè)置換熱冷卻套，使媒介物在冷卻套內(nèi)循環(huán)，達到冷卻主軸部件的目的。潤滑油強制冷則把流經(jīng)主軸軸承和主軸箱內(nèi)的潤滑油用冷凍機進行強制冷卻，由自動恒溫箱達到恒溫。有效地控制主軸軸承的溫升。三、誤差補償誤差補償技術(shù)是提高加工精度的一種經(jīng)濟、有效方法。熱誤差補償不是一種可有可無的替代方法，而是繼結(jié)構(gòu)優(yōu)化、溫度控制后的又一種減小機床熱變形的有效手段。隨著對數(shù)控機床加工精度和可靠性要求的不斷提高，人們也不斷進行熱誤差補償?shù)难芯?，該方法的核心是建立一個可預(yù)測誤差的數(shù)學(xué)模型，在加工過程中利用這個模型預(yù)測誤差，進行實時補償。熱誤差的補償可分為主動誤差補償和預(yù)先標定誤差補

19、償。在主動誤差補償中，隨時直接或間接地測量熱變形并進行補償。日本的Mitsuishi等設(shè)計了智能加工中心，專門設(shè)計裝有應(yīng)力規(guī)的傳感器監(jiān)測熱變形，以8個這樣的傳感器的測值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模型的輸入，控制安裝在機床立柱上的冷卻和加熱套，通過冷卻和加熱立柱的不同部分補償內(nèi)外熱源造成的熱膨脹和熱傾斜，實驗表明機床的熱漂移由原來的50pm減小到10pm以下，控制在原有的1/3水平上。浙江大學(xué)、華中理工大學(xué)采用了輔助熱源補償熱校正的方法。應(yīng)用輔助的（冷）熱源在機床適當位置上進行（制冷）加熱控制，以產(chǎn)生與機床熱變形相反的變形量，從而減小熱誤差。浙江大學(xué)陳子辰教授在機床溫度監(jiān)測控制方面提出了四條監(jiān)控策略：1）

20、低溫升控制；2）高溫升控制；3）熱校正控制；4）綜合控制，以此來適應(yīng)具有不同熱態(tài)特性的機床提高熱態(tài)精度。研究表明，某些結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造等原因?qū)е铝酥饕獌?nèi)熱源冷卻時無法快速地、充分地進行，特別是大型機床周圍環(huán)境溫差等諸多因素，造成第一種溫度策略的實施未能達到理想效果，仍產(chǎn)生較大的誤差，為此采用下面的方案，以冷源法吸收機床內(nèi)部主要熱源的熱量，再以輔助熱源法校正余下的熱誤差，其熱監(jiān)控系統(tǒng)如圖：針對現(xiàn)有機床，綜合溫控技術(shù)易于實現(xiàn)。它較少改動機床結(jié)構(gòu)，可在不降低靜、動態(tài)性能指標下較好地達到改善機床熱態(tài)精度的目的。數(shù)控機床誤差的綜合動態(tài)補償綜合動態(tài)補償法它出現(xiàn)于80年代，其基本方法是實時補償技術(shù)和軟件技術(shù)相

21、結(jié)合。它的主要特點為：（1）補償?shù)膭討B(tài)性。這是指能根據(jù)機床的工況（轉(zhuǎn)速、進給量和載荷等）、環(huán)境條件（室溫、散熱和地基等）和切削作用點的空間位置的變化來自動跟蹤相應(yīng)地調(diào)整補償量。（2）補償?shù)木C合性性。由于機床工作時存在多種類型誤差（如幾何誤差、熱誤差和承載變形誤差等）的共同作用，而其各自的比重隨工作條件而變化，如高速時熱誤差占有最大的比重，而低速時幾何誤差可能是最主要的。因此誤差的綜合補償不僅避免了僅對單類誤差進行補償時的效果局限性，也能實現(xiàn)補償量的優(yōu)化。因此，綜合動態(tài)補償法能進一步拓寬補償?shù)墓δ埽⑻岣吡搜a償精度。綜合動態(tài)補償原理誤差的補償方法精髓誤差的特征不同而分為下列兩列：（1）誤差值隨坐

22、標位置而變化的空間誤差補償法；（2）誤差不遂坐標位置而變化如道具的磨損和工件的裝夾變形等采用線性誤差補償法。1、空間誤差補償原理這類誤差影響加工輪廓的尺寸、形狀和孔距，它的量值與坐標位置緊密聯(lián)系，因而需在數(shù)控系統(tǒng)的插補單元中，通過對名義坐標值附加補償量的辦法來達到誤差的修正。圖中示出了補償?shù)脑恚跀?shù)控系統(tǒng)中插入補償控制單元，其中存儲了幾何誤差和熱誤差的補償模型，他們根據(jù)當前坐標位置X,Y,Z和特征測點上的溫度T及主軸轉(zhuǎn)速n等參數(shù)，確定綜合補償量X，Y和乙然后通過插補和螺補單元使伺服進給系統(tǒng)作附加位移。為簡化起見，圖中只示出了X軸的伺服進給控制和驅(qū)動系統(tǒng)。實際上必須三軸聯(lián)動附加位移，才能準確補

23、償空間誤差。要實現(xiàn)空間誤差的綜合動態(tài)補償必須具備下列四個條件：（1）要建立一個精確的誤差動態(tài)補償?shù)臄?shù)學(xué)模型。它應(yīng)充分考慮到實際工況中的因素變動，例如在某一時刻的機床熱誤差，不僅與當前的主軸轉(zhuǎn)速及其運行時間有關(guān)，還與再此以前的運行工況和散熱條件的變化等因素有關(guān)。必須對當前的和過去的歷程的主要因素進行動態(tài)處理，才能獲得正確的補償值。傳統(tǒng)的位吐制環(huán)圖3數(shù)控機床空間誤差補償原理（2）數(shù)控系統(tǒng)要具有集成的通信接口,能及時地采集刀具與工件作用點位置（包括三維坐標、刀具長度和直徑等）及有關(guān)工況參數(shù)。3）能實時地檢測與誤差補償模型有關(guān)的控制參數(shù)。由于要直接測量刀具與工件作用點上的數(shù)據(jù)是困難的，一般都是選取能敏

24、感地反映作用點上誤差變化的測量點及能方便地進行測量的參數(shù)，例如熱誤差實時補償大多以主軸和主電機前軸承處為特征點，測量其溫度變化來進行控制。（4）具有良好響應(yīng)特性的補償控制單元。它能高速地進行數(shù)據(jù)處理并實時地輸出補償值。2、刀具誤差補償原理刀具誤差是一種線性誤差，它的補償系統(tǒng)由下列三部分組成：（1）刀具誤差測量裝置。它有直接法和間接法兩種，直接法是測量刀尖的尺寸變化，間接法則是通過測量工件尺寸的變化來確定刀具的誤差；（2）數(shù)控補償控制單元。它能根據(jù)刀具尺寸的變化歷程和公差帶的大小，自動決策合理的補償值，以減少補償調(diào)整的次數(shù)。（3）誤差補償執(zhí)行單元。根據(jù)加工方式不同分為兩類。以孔加工為例，如以銑刀

25、用兩軸聯(lián)動和圓弧插補運動形成孔的輪廓表面，則可應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)的道具偏置功能來實現(xiàn)補償；另一類是由鏜刀刀尖的運動軌跡形成孔的表面，則需備有可控的沿U軸作微量自動調(diào)整的機構(gòu)以補償?shù)都獬叽绲淖兓?.4伺服系統(tǒng)提高定位精度的方法數(shù)控機床的定位精度直接影響到機床的加工精度。傳統(tǒng)上以步進電動機作驅(qū)動機構(gòu)的機床,由于步進電動機的固有特性,使得機床的重復(fù)定位精度可以達到一個脈沖當量。但是,步進電動機的脈沖當量不可能很小,因而定位精度不高。伺服系統(tǒng)的脈沖當量可以比步進電動機系統(tǒng)小得多，但是，伺服系統(tǒng)的定位精度很難達到一個脈沖當量。由于CPU性能已有極大提高,故采用軟件可以有效地提高定位精度。我們分析了常規(guī)控制算

26、法導(dǎo)致伺服系統(tǒng)定位精度誤差較大的原因，提出了分段線性減速并以開環(huán)方式精確定位的方法，實踐中取得了很好的效果。1、伺服系統(tǒng)定位誤差形成原因與克服辦法通常情況下，伺服系統(tǒng)控制過程為:升速、恒速、減速和低速趨近定位點，整個過程都是位置閉環(huán)控制。減速和低速趨近定位點這兩個過程，對伺服系統(tǒng)的定位精度有很重要的影響。減速控制具體實現(xiàn)方法很多，常用的有指數(shù)規(guī)律加減速算法、直線規(guī)律加減速算法。指數(shù)規(guī)律加減速算法有較強的跟蹤能力，但當速度較大時平穩(wěn)性較差，一般適用在跟蹤響應(yīng)要求較高的切削加工中。直線規(guī)律加減速算法平穩(wěn)性較好，適用在速度變化范圍較大的快速定位方式中。選擇減速規(guī)律時，不僅要考慮平穩(wěn)性，更重要的是考慮

27、到停止時的定位精度。從理論上講，只要減速點選得正確，指數(shù)規(guī)律和線性規(guī)律的減速都可以精確定位，但難點是減速點的確定。通常減速點的確定方法有:如果在起動和停止時采用相同的加減速規(guī)律，則可以根據(jù)升速過程的有關(guān)參數(shù)和對稱性來確定減速點。根據(jù)進給速度、減速時間和減速的加速度等有關(guān)參數(shù)來計算減速點，在當今高速CPU十分普及的條件下，這對于CNC的伺服系統(tǒng)來說很容易實現(xiàn)，且比方法(1)靈活。伺服控制時，由軟件在每個采樣周期判斷:若剩余總進給量大于減速點所對應(yīng)的剩余進給量，則該瞬時進給速度不變(等于給定值)，否則，按一定規(guī)律減速。理論上講，剩余總進給量正好等于減速點所對應(yīng)的剩余進給量時減速，并按預(yù)期的減速規(guī)律

28、減速運行到定位點停止。但實際上，伺服系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時每個采樣周期反饋的脈沖數(shù)是幾個、十幾個、幾十個甚至更多，因而實際減速點并不與理論減速點重合。如圖1所示，其最大誤差等于減速前一個采樣周期的脈沖數(shù)。若實際減速點提前，則按預(yù)期規(guī)律減速的速度降到很低時還未到一乞采樣周期的進給甞V嘲.余j住M合置域速點課差:理論減速點實際減速蟲:達定位點,可能需要很長時間才能到達定位點。若實際減速點滯后于理論減速點,則到達定位點時速度還較高,影響定位精度和平穩(wěn)性。為此,我們提出了分段線性減速方法。在低速趨近定位點的過程中，設(shè)速度為VO(mms)，伺服系統(tǒng)的脈沖當量為D(Lm),采樣周期為S(ms),則每個采樣周期應(yīng)反饋的脈沖數(shù)