CN112114559B - 基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法及装置 - Google Patents

基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法及装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供了基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法及装置，该方法在数控***上位机中设置补偿周期，在每一个补偿周期中包括以下步骤，获取命令位置与命令速度；根据命令速度判断是否过象限；若过象限，则根据摩擦力补偿模型计算扭矩前馈；若未过象限，则扭矩前馈记为0；将命令位置，扭矩前馈和控制字通过现场总线发送至伺服电机。本公开通过设置摩擦力模型，根据数控机床上位机获取的命令位置计算扭矩前馈，直接作用于伺服电机的扭矩环进行补偿，降低了因摩擦力产生的误差，达到更理想的加工效果；由于补偿直接作用于伺服电机的扭矩环，补偿更加直接，同时降低了物理模型的复杂程度，更易实现。

Description

基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法及装置
技术领域
本公开涉及数控加工技术领域，尤其涉及基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法及装置。
背景技术
数控***工作过程中，由数控***上位机发给伺服电机的伺服电机应该到达的实时位置称作命令位置，由伺服电机发送给数控***上位机的伺服电机实际到达的实时位置称作反馈位置，在过象限时，受摩擦力作用会产生轨迹畸变，无补偿的情况下，命令位置和反馈位置会发生偏差。过象限误差补偿，也称摩擦补偿。在过象限处，数控***加入额外的补偿值，用于保证在机床加工时获得更高的加工轮廓精度。目前针对摩擦补偿一般使用物理模型十分复杂的位置环或速度环来进行补偿，其中，又以位置环更为常见。通常情况下，使用脉冲方式控制伺服电机，这种方式只有位置信息传递给伺服，所以只能通过位置环补偿来完成摩擦力的补偿，物理模型复杂，不易于实现，无法获得更直接的补偿信息。
发明内容
本公开针对上述问题，提出基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法及装置。
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提出如下技术方案：
第一方面，提供了基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法，在数控***上位机中设置补偿周期，在每一个补偿周期中，包括以下步骤，
获取命令位置与命令速度；
根据命令速度判断是否过象限；
若过象限，则根据摩擦力补偿模型计算扭矩前馈；若未过象限，则扭矩前馈记为0；
将命令位置，扭矩前馈和控制字通过现场总线发送至伺服电机。
第二方面，提供了基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿装置，包括，
获取单元，用于获取命令位置与命令速度；
判断单元，用于根据命令速度判断是否过象限；
计算单元，用于预设摩擦力补偿模型，并在出现过象限时，根据摩擦力补偿模型计算扭矩前馈；
通信单元，用于将命令位置，扭矩前馈和控制字通过现场总线发送至伺服电机。
本公开的有益效果是，通过设置摩擦力模型，根据数控机床上位机获取的命令位置计算扭矩前馈，直接作用于伺服电机的扭矩环进行补偿，降低了因摩擦力产生的误差，达到更理想的加工效果；由于补偿直接作用于伺服电机的扭矩环，补偿更加直接，同时降低了物理模型的复杂程度，更易实现。
另外，在本公开技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规手段来实现本公开技术方案。
附图说明
为了更清楚地说明本公开具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开一个实施例提供的基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法的流程图。
图2为摩擦力模型。
图3为包含扭矩前馈补偿的伺服电机的***控制结构框图。
图4为无补偿时命令位置与反馈位置的曲线图。
图5为本公开一个实施例提供的基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
实施例1：
参考说明书附图1-3，示出了本申请一实施例提供的基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法，该方法在数控***上位机中设置补偿周期，在每一个补偿周期中，包括以下步骤，
S101：获取命令位置与命令速度；
具体的，命令位置由数控***上位机计算得到。在可选的实施例中，命令位置由数控***上位机根据NC文件解析插补计算获得。
具体的，命令速度可以由相邻两个补偿周期的命令位置相减获得。例如，当前补偿周期的命令速度由当前周期的命令位置与相邻的上一周期的命令位置相减获得。
S102：根据命令速度判断是否过象限。
在可选的实施例中，根据命令速度判断是否过象限可以包括，
获取当前补偿周期的命令速度的符号和相邻的前一补偿周期的命令速度的符号；
将符号进行比较；
若命令速度的符号相同，则未过象限；
若命令速度的符号不同，则过象限。
S103：若过象限，则根据摩擦力补偿模型计算扭矩前馈；若未过象限，则扭矩前馈为0。
在数控***上位机中预先设置摩擦力补偿模型。
在可选的实施例中，摩擦力补偿模型为，
Figure BDA0002677768380000041
其中，F为摩擦力扭矩，即扭矩前馈；s为命令位置；S0为过象限开始的命令位置，F0为在位置S0处的所受摩擦力扭矩，S1为受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置，F1为从位置S1开始所受的恒定的摩擦力扭矩，Se为补偿结束的命令位置。
在可选的实施例中，摩擦力模型中，将过象限开始的命令位置S0设置为0，受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置S1和补偿结束的命令位置Se均为过象限开始的命令位置S0的相对位置，此时摩擦力补偿模型为，
Figure BDA0002677768380000042
其中，F为摩擦力扭矩，即扭矩前馈；s为命令位置；S0为过象限开始的命令位置，F0为在位置S0处的所受摩擦力扭矩，S1为受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置，F1为从位置S1开始所受的恒定的摩擦力扭矩，Se为补偿结束的命令位置。
在可选的实施例中，参考说明书附图4，位置S1可以是过象限后，在无补偿时与反馈位置相差距离最大的命令位置；位置Se可以是过象限后，在无补偿时命令位置与反馈位置第一次重合的位置。
在可选的实施例中，F0可以等于伺服电机单轴所受静摩擦力扭矩，F1可以等于伺服电机单轴匀速运行时的扭矩。
S104：将命令位置，扭矩前馈和控制字通过现场总线发送至伺服电机。
在可选的实施例中，现场总线采用EtherCat总线。由此，EtherCat总线能够支持实时写入扭矩前馈，使用更加方便，实时效果更佳。
在可选的实施例中，在每一个补偿周期内，还包括，伺服电机将实际转矩反馈至数控***上位机。由此，数控***上位机对伺服电机进行监控、分析和报警。
本公开的有益效果是，通过设置摩擦力模型，根据数控机床上位机获取的命令位置计算扭矩前馈，直接作用于伺服电机的扭矩环进行补偿，降低了因摩擦力产生的误差，达到更理想的加工效果；由于补偿直接作用于伺服电机的扭矩环，补偿更加直接，同时降低了物理模型的复杂程度，更易实现。
实施例2：
参考说明书附图5，示出了本申请一实施例提供的基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿装置，用于执行上述方法实施例中的方法，该装置包括，
获取单元11，用于获取命令位置与命令速度；
判断单元12，用于根据命令速度判断是否过象限；
计算单元13，用于预设摩擦力补偿模型，并在出现过象限时，根据摩擦力补偿模型计算扭矩前馈；
通信单元14，用于将命令位置，扭矩前馈和控制字通过现场总线发送至伺服电机。
在可选的实施例中，判断单元12中，根据命令速度判断是否过象限包括，
获取当前补偿周期的命令速度的符号和相邻的前一补偿周期的命令速度的符号；
将符号进行比较；
若命令速度的符号相同，则未过象限；
若命令速度的符号不同，则过象限。
在可选的实施例中，摩擦力补偿模型为，
Figure BDA0002677768380000051
其中，F为摩擦力扭矩，即扭矩前馈；s为命令位置；S0为过象限开始的命令位置，F0为在位置S0处的所受摩擦力扭矩，S1为受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置，F1为从位置S1开始所受的恒定的摩擦力扭矩，Se为补偿结束的命令位置。
在可选的实施例中，在摩擦力模型中，将过象限开始的命令位置S0设置为0，受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置S1和补偿结束的命令位置Se均为过象限开始的命令位置S0的相对位置，此时摩擦力补偿模型为，
Figure BDA0002677768380000061
其中，F为摩擦力扭矩，即扭矩前馈；s为命令位置；S0为过象限开始的命令位置，F0为在位置S0处的所受摩擦力扭矩，S1为受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置，F1为从位置S1开始所受的恒定的摩擦力扭矩，Se为补偿结束的命令位置。
在可选的实施例中，F0可以等于伺服电机单轴所受静摩擦力扭矩，F1可以等于伺服电机单轴匀速运行时的扭矩。
在可选的实施例中，通信单元14中现场总线采用EtherCat总线。
本公开的有益效果是，通过设置摩擦力模型，根据数控机床上位机获取的命令位置计算扭矩前馈，直接作用于伺服电机的扭矩环进行补偿，降低了因摩擦力产生的误差，达到更理想的加工效果；由于补偿直接作用于伺服电机的扭矩环，补偿更加直接，同时降低了物理模型的复杂程度，更易实现。
需要说明的是，上述实施例提供的装置，在实现其功能时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的装置与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
上述本说明书实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法，其特征在于，在数控***上位机中设置补偿周期，在每一个所述补偿周期中，包括以下步骤，
获取命令位置与命令速度；
根据所述命令速度判断是否过象限，包括获取当前补偿周期的所述命令速度的符号和相邻的前一补偿周期的所述命令速度的符号；将所述符号进行比较；若所述命令速度的符号相同，则未过象限；若所述命令速度的符号不同，则过象限；
若过象限，则根据摩擦力补偿模型计算扭矩前馈；若未过象限，则扭矩前馈记为0，所述摩擦力补偿模型为，
Figure FDA0003097550390000011
其中，F为摩擦力扭矩，即扭矩前馈；s为命令位置；S0为过象限开始的命令位置，F0为在位置S0处的所受摩擦力扭矩，S1为受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置，F1为从位置S1开始所受的恒定的摩擦力扭矩，Se为补偿结束的命令位置，所述F0等于伺服电机单轴所受静摩擦力扭矩，所述F1等于伺服电机单轴匀速运行时的扭矩；
将所述命令位置，所述扭矩前馈和控制字通过现场总线发送至伺服电机。
2.根据权利要求1所述的基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法，其特征在于，在所述摩擦力补偿 模型中，将所述过象限开始的命令位置S0设置为0，所述受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置S1和所述补偿结束的命令位置Se均为所述过象限开始的命令位置S0的相对位置，此时所述摩擦力补偿模型为，
Figure FDA0003097550390000021
其中，F为摩擦力扭矩，即扭矩前馈；s为命令位置；S0为过象限开始的命令位置，F0为在位置S0处的所受摩擦力扭矩，S1为受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置，F1为从位置S1开始所受的恒定的摩擦力扭矩，Se为补偿结束的命令位置。
3.根据权利要求1所述的基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法，其特征在于，所述现场总线采用EtherCat总线。
4.基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿装置，用于执行权利要求1-3任一所述基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿方法，其特征在于，包括，
获取单元，用于获取命令位置与命令速度；
判断单元，用于根据所述命令速度判断是否过象限，包括获取当前补偿周期的所述命令速度的符号和相邻的前一补偿周期的所述命令速度的符号；将所述符号进行比较；若所述命令速度的符号相同，则未过象限；若所述命令速度的符号不同，则过象限；
计算单元，用于预设摩擦力补偿模型，并在出现过象限时，根据摩擦力补偿模型计算扭矩前馈，所述摩擦力补偿模型为，
Figure FDA0003097550390000022
其中，F为摩擦力扭矩，即扭矩前馈；s为命令位置；S0为过象限开始的命令位置，F0为在位置S0处的所受摩擦力扭矩，S1为受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置，F1为从位置S1开始所受的恒定的摩擦力扭矩，Se为补偿结束的命令位置，所述F0等于伺服电机单轴所受静摩擦力扭矩，所述F1等于伺服电机单轴匀速运行时的扭矩；
通信单元，用于将所述命令位置，所述扭矩前馈和控制字通过现场总线发送至伺服电机。
5.根据权利要求4所述的基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿装置，其特征在于，在所述摩擦力补偿 模型中，将所述过象限开始的命令位置S0设置为0，所述受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置S1和所述补偿结束的命令位置Se均为所述过象限开始的命令位置S0的相对位置，此时所述摩擦力补偿模型为，
Figure FDA0003097550390000031
其中，F为摩擦力扭矩，即扭矩前馈；s为命令位置；S0为过象限开始的命令位置，F0为在位置S0处的所受摩擦力扭矩，S1为受恒定的摩擦力扭矩开始的命令位置，F1为从位置S1开始所受的恒定的摩擦力扭矩，Se为补偿结束的命令位置。
6.根据权利要求4所述的基于现场总线的扭矩前馈的过象限补偿装置，其特征在于，所述通信单元中现场总线采用EtherCat总线。
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