CN105549545B - 一种基于磨边机恒线速度磨削的控制算法 - Google Patents

一种基于磨边机恒线速度磨削的控制算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，首先对餐具盘外轮廓进行轨迹规划，离散外轮廓曲线，获取离散点坐标数据，然后计算每个离散点的砂轮进给速度和该点旋转切向速度，据此编写G代码程序，并结合PID调节控制，实现恒线速度、恒力矩磨削。采用了PID算法保证砂轮恒力矩磨边，该发明由餐具盘外轮廓计算、生成G代码，由G代码控制砂轮进给轴和餐具盘旋转轴实现两轴联动，保证了恒线速度磨边，本发明的控制算法，具有较强的自适应性、磨削精度高和动态响应等特点，可适用于复杂轮廓边缘的，且磨削效果较好。

Description

一种基于磨边机恒线速度磨削的控制算法
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，具体为一种基于磨边机恒线速度磨削的控制算法。
背景技术
目前磨边机主要分为两类：手动磨边机和自动磨边机。传统的自动磨边机，也称靠模仿形机，其通过靠模来控制被磨削产品形状，利用产品模板定位。但是，这种磨边机每磨削一种餐具盘，便需要制作一种模板来定位，生产成本高，且效率低。随着橡胶、塑料等工业经济的迅速发展，磨边机的应用范围进一步扩大，开始应用于塑料餐具盘的磨边工艺，不断地适用于不同形状、规格尺寸餐具盘的加工。随着餐具盘形状越来越复杂，从圆形盘到方形盘，对磨边机磨削提出愈来愈高的要求，为了保证餐具盘边缘均匀的去除，砂轮沿餐具盘边缘进行恒线速度、恒力矩跟随是现阶段的关键。
在现有的实际应用中，采用带有转矩模式的伺服驱动，通过参数配置即可实现砂轮的恒力矩跟随，该方案对于一般的圆形、椭圆形餐具盘具有较好的应用效果。但对于长宽比较大或尖角较多的餐具盘来说，难以在拐角处实现快速、及时的跟踪，从而导致磨边不够均匀或者磨不到，故该方案难以满足复杂多样的异形边餐具盘的磨边要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，该方法包括以下步骤：
步骤1：构建磨边机运动数学模型，建立运动坐标系x0y，（x方向为砂轮的进给速度方向，y方向为盘旋转切向速度，坐标原点为转盘旋转中心）；
步骤2：根据餐具盘的外轮廓曲线，导出轮廓曲线DXF文件，读取文件离散化曲线，得到n个离散点，并输出各点的坐标值(,）（），其中（,）和（,）是曲线加工过程中的任意两点，其相位角分别是、，将曲线任意两点（,）和（,）进行坐标转换，转换为x0y坐标系下的两点（,）和（,）；
坐标转换公式：
式中，α-β为两点相位角差；
步骤3：计算轮廓曲线每个离散点的砂轮进给速度、转盘切向速度。将磨削速度分解成砂轮进给速度和转盘切向速度，为与的夹角，外轮廓曲线离散点越密集，近似等于两点连线的斜率；
步骤4：根据离散点坐标数据和速度编写G代码程序；
步骤5：采集砂轮进给电机电流和砂轮旋转电机电流，在n个周期内采集n个电流值和（），采取堆栈方式存储电流值，即按“一进一出”的存取原则；
步骤6：对采集的砂轮进给电机电流和砂轮旋转电机电流进行滤波处理，采用算数平均方法，得到滤波后的电流、，每周期刷新一次，计算得到电流和值；
步骤7：给定权重，计算电流值。根据PID离散表达式，并结合抗饱和积分与变积分思想，编写PID控制算法；
PID离散点形式：
式中、和分别为比例系数、积分系数和微分系数。
步骤8：给定恒定电流，将PID调节结果作为餐具盘装夹误差补偿，修正控制砂轮进给轴G代码，确保砂轮在恒定力矩下磨削；
步骤9：根据G代码程序，由数控***控制砂轮进给轴和餐具旋转轴运行，通过PID控制算法实时补偿、修正G代码程序，保证砂轮沿餐具盘外轮廓恒线速度、恒力矩跟随。
优选的，所述的基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，为获得餐具盘轮廓曲线磨削速度，将曲线离散化，计算磨削接触点砂轮进给速度和转盘切向速度。
优选的，所述的基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，采用砂轮进给轴和旋转轴电流的权重关系进行PID控制调节，提高***运动的稳定性。
优选的，所述的基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，在由餐具盘轮廓曲线计算、生成的G代码和PID控制下，实现砂轮恒线速度、恒力矩磨边。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于磨边机恒线速度磨削的控制算法对盘外轮廓进行轨迹规划，离散外轮廓曲线，获取离散点坐标数据，计算每个离散点的砂轮进给速度和该点旋转切向速度，编写G代码程序并结合PID调节控制，实现恒线速度磨削。其特征在于：与现有技术相比，均采用了PID算法保证砂轮恒力矩磨边，该发明由餐具盘外轮廓计算、生成G代码，由G代码控制砂轮进给轴和餐具盘旋转轴实现两轴联动，保证了恒线速度磨边。采用离散化外轮廓曲线，计算每个离散点转盘切向速度和进给速度，由计算生成的G代码实现两轴的联动，使得砂轮在磨削过程中以恒线速度跟随，并结合PID算法的装夹误差补偿实现进给轴恒力矩磨边。本方法可以适用于形状复杂的轮廓曲线，具有较强的通用性和自适应性，恒线速度控制算法结合PID调节控制，使其具有磨削精度高、动态响应快等优点。而且，盘外轮廓曲线若离散点越密集，越接近真实轮廓曲线，加工效果更好。
附图说明
图1为本发明外轮廓曲线转动示意图。
图2为本发明运动坐标系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，该方法包括以下步骤：
步骤1：构建磨边机运动数学模型，建立运动坐标系x0y，（x方向为砂轮的进给速度方向，y方向为盘旋转切向速度，坐标原点为转盘旋转中心）；
步骤2：根据餐具盘的外轮廓曲线，导出轮廓曲线DXF文件，读取文件离散化曲线，得到n个离散点，并输出各点的坐标值(,）（），其中（,）和（,）是曲线加工过程中的任意两点，其相位角分别是、，将曲线任意两点（,）和（,）进行坐标转换，转换为x0y坐标系下的两点（,）和（,）；
坐标转换公式：
式中，α-β为两点相位角差；
步骤3：计算轮廓曲线每个离散点的砂轮进给速度、转盘切向速度。将磨削速度分解成砂轮进给速度和转盘切向速度，为与的夹角，外轮廓曲线离散点越密集，近似等于两点连线的斜率；
步骤4：根据离散点坐标数据和速度编写G代码程序；
步骤5：采集砂轮进给电机电流和砂轮旋转电机电流，在n个周期内采集n个电流值和（），采取堆栈方式存储电流值，即按“一进一出”的存取原则；
步骤6：对采集的砂轮进给电机电流和砂轮旋转电机电流进行滤波处理，采用算数平均方法，得到滤波后的电流、，每周期刷新一次，计算得到电流和值；
步骤7：给定权重，计算电流值。根据PID离散表达式，并结合抗饱和积分与变积分思想，编写PID控制算法；
PID离散点形式：
式中、和分别为比例系数、积分系数和微分系数。
步骤8：给定恒定电流，将PID调节结果作为餐具盘装夹误差补偿，修正控制砂轮进给轴G代码，确保砂轮在恒定力矩下磨削；
步骤9：根据G代码程序，由数控***控制砂轮进给轴和餐具旋转轴运行，通过PID控制算法实时补偿、修正G代码程序，保证砂轮沿餐具盘外轮廓恒线速度、恒力矩跟随。
实施例2：
根据实施例1所述的基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，为获得餐具盘轮廓曲线磨削速度，将曲线离散化，计算磨削接触点砂轮进给速度和转盘切向速度。
实施例3：
根据实施例1或2所述的基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，采用砂轮进给轴和旋转轴电流的权重关系进行PID控制调节，提高***运动的稳定性。
实施例4：
根据实施例1或2或3所述的基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，在由餐具盘轮廓曲线计算、生成的G代码和PID控制下，实现砂轮恒线速度、恒力矩磨边。
实施例5：
根据实施例1或2或3或4所述的基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，
步骤1：构建磨边机运动数学模型，建立坐标系x0y（x方向为砂轮的进给速度方向，y方向为盘旋转切向速度，坐标原点为转盘旋转中心）。
步骤2：画出餐具盘的外轮廓曲线，并导出轮廓曲线的图形交换文件DXF，并将轮廓曲线DXF文件导入***中，读取文件中曲线信息，进行曲线离散化，得到n个离散点，并输出各点的坐标值(,）（），粗实线表示餐具盘外轮廓曲线，（,）、（,）是曲线加工过程中的任意两点，其相位角分别是α、β，如图1所示。
步骤3：将曲线任意两点（,）和（,）进行坐标转换，转换为x0y坐标系下的两点（,）和（,）。
坐标转换公式：
式中，α-β为两点相位角差。
步骤4：磨削速度分解成砂轮进给速度和转盘切向速度，为与的夹角。外轮廓曲线离散点越密集，近似等于两点连线的斜率，计算θ值。
步骤5：计算轮廓曲线每个离散点的砂轮进给速度、转盘切向速度，保证其合成速度均为定值。
通过上述步骤可获取每个外轮廓曲线离散点的坐标数据以及各离散点的砂轮横向进给速度和转盘切向速度，据此编写G代码程序。
步骤6：采集砂轮进给电机电流和砂轮旋转电机电流，在n个周期内采集n个电流值和（），采取堆栈方式存储电流值，即按“一进一出”的存取原则。
步骤7：对采集的砂轮进给电机电流和砂轮旋转电机电流进行滤波处理，采用算数平均方法，得到滤波后的电流、，每周期刷新一次，计算得到电流和值。
步骤8：给定权重，计算电流值。
步骤9：根据PID离散表达式，并结合抗饱和积分与变积分思想，编写PID控制算法。
PID离散点形式：
式中、和分别为比例系数、积分系数和微分系数。
步骤10：给定恒定电流，将PID调节结果作为餐具盘装夹误差补偿，修正控制砂轮进给轴G代码，确保砂轮在恒定力矩下磨削。
步骤11：根据G代码程序，由数控***控制砂轮进给轴和餐具旋转轴运行，通过PID控制算法实时补偿、修正G代码程序，保证砂轮沿餐具盘外轮廓恒线速度、恒力矩跟随。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤1：构建磨边机运动数学模型，建立运动坐标系x0y，（x方向为砂轮的进给速度方向，y方向为盘旋转切向速度，坐标原点为转盘旋转中心）；
步骤2：根据餐具盘的外轮廓曲线，导出轮廓曲线DXF文件，读取文件离散化曲线，得到n个离散点，并输出各点的坐标值(,）（），其中（,）和（,）是曲线加工过程中的任意两点，其相位角分别是、，将曲线任意两点（,）和（,）进行坐标转换，转换为x0y坐标系下的两点（,）和（,）；
坐标转换公式：
式中，α-β为两点相位角差；
步骤3：计算轮廓曲线每个离散点的砂轮进给速度、转盘切向速度，将磨削速度分解成砂轮进给速度和转盘切向速度，为与的夹角，外轮廓曲线离散点越密集，近似等于两点连线的斜率；
步骤4：根据离散点坐标数据和速度编写G代码程序；
步骤5：采集砂轮进给电机电流和砂轮旋转电机电流，在n个周期内采集n个电流值和（），采取堆栈方式存储电流值，即按“一进一出”的存取原则；
步骤6：对采集的砂轮进给电机电流和砂轮旋转电机电流进行滤波处理，采用算数平均方法，得到滤波后的电流、，每周期刷新一次，计算得到电流和值；
步骤7：给定权重，计算电流值；
根据PID离散表达式，并结合抗饱和积分与变积分思想，编写PID控制算法；
PID离散点形式：
式中、和分别为比例系数、积分系数和微分系数
步骤8：给定恒定电流，将PID调节结果作为餐具盘装夹误差补偿，修正控制砂轮进给轴G代码，确保砂轮在恒定力矩下磨削；
步骤9：根据G代码程序，由数控***控制砂轮进给轴和餐具旋转轴运行，通过PID控制算法实时补偿、修正G代码程序，保证砂轮沿餐具盘外轮廓恒线速度、恒力矩跟随。
2.根据权利要求1所述的基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，其特征在于：为获得餐具盘轮廓曲线磨削速度，将曲线离散化，计算磨削接触点砂轮进给速度和转盘切向速度。
3.根据权利要求1所述的基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，其特征在于：采用砂轮进给轴和旋转轴电流的权重关系进行PID控制调节，提高***运动的稳定性。
4.根据权利要求1所述的基于磨边机恒线速度磨削的控制算法，其特征在于：在由餐具盘轮廓曲线计算、生成的G代码和PID控制下，实现砂轮恒线速度、恒力矩磨边。
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