基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910917517.X (22)申请日 2019.09.26 (71)申请人 天津市天森智能设备有限公司 地址 300350 天津市津南区咸水沽镇聚兴 道9号2号楼二层 申请人 天津理工大学 (72)发明人 刘清建解润海张杰董罡 曹立波 (74)专利代理机构 天津盛理知识产权代理有限 公司 12209 代理人 王利文 (51)Int.Cl. G05B 19/19(2006.01) (54)发明名称 一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调 节算法 (57)摘要 本发明涉及一种基。

2、于速度阶跃的数控系统 单轴误差调节算法， 其主要技术特点是： 计算本 轴最大速度阶跃值； 计算当前伺服周期内的期望 速度、 当前伺服周期内的误差值及当前伺服周期 内的误差变化量； 如果当前伺服周期内的误差变 化量为正值， 则前一个伺服周期内的反馈速度等 于该误差变化量， 否则前一个伺服周期内的反馈 速度为0； 根据前一个伺服周期内的反馈速度对 当前伺服周期内的期望速度进行修正； 将当前伺 服周期内的期望速度与一个伺服周期相乘得到 输出期望值。 本发明设计合理， 具有调节容易、 适 用性强、 算法简单、 运行效率高等特点。 权利要求书2页 说明书7页 CN 110703683 A 2020.01。

3、.17 CN 110703683 A 1.一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法， 其特征在于包括以下步骤： 步骤1、 计算本轴最大速度阶跃值V； 步骤2、 计算当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1； 步骤3、 计算当前伺服周期内的误差值error； 步骤4、 计算当前伺服周期内的误差变化量d_error； 步骤5、 如果当前伺服周期内的误差变化量d_error为正值， 则前一个伺服周期内的反 馈速度feedback_Vcd_error， 如果d_error为负值， 则feedback_Vc0； 步骤6、 根据前一个伺服周期内的反馈速度feedback_Vc， 对当前伺服周期内的期望速。

4、度 Req_Vc+1进行修正； 步骤7、 将步骤6所得当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1与一个伺服周期T相乘得到输 出期望值ReqS。 2.根据权利要求1所述的一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法， 其特征在 于： 所述步骤1按下式计算本轴最大速度阶跃值V： VAmax0.1e T 其中， e 为本轴的误差修正系数， Amax为最大加速度值。 3.根据权利要求2所述的一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法， 其特征在 于： 所述本轴的误差修正系数e 的取值范围为： 0.1e 2。 4.根据权利要求1所述的一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法， 其特征在 于： 所述步骤2按。

5、下式计算当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1： 其中， Sc+1为截止至当前伺服周期指令位置与反馈位置的差值， 其数值为正值， 但方向 是要求以指向期望位置点的方向为正； n为变量， 其取值为： 5.根据权利要求1所述的一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法， 其特征在 于： 所述步骤3按下式计算当前伺服周期内的误差值error： errorSc-Sc+1 其中， Sc为截止至前一个伺服周期指令位置与反馈位置的差值， Sc+1为截止至当前伺服 周期指令位置与反馈位置的差值。 6.根据权利要求1所述的一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法， 其特征在 于： 所述步骤4按下式计算当前伺。

6、服周期内的误差变化量d_error： d_errorerror/T。 7.根据权利要求1所述的一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法， 其特征在 于： 所述步骤6的具体处理方法为： 权利要求书 1/2 页 2 CN 110703683 A 2 如果abs(feedback_Vc-Req_Vc+1)V， 则当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1不做修 正； 如果abs(feedback_Vc-Req_Vc+1)V， 则进行如下操作： 当所述Req_Vc+1feedback_Vc时， 则V不需要修正， 且将当前伺服周期内的期望速度 Req_Vc+1修正为feedback_Vc+V； 当所述f。

7、eedback_VcReq_Vc+1时， 将V修正成VaT， 再将当前伺服周期内的期 望速度Req_Vc+1修正成feedback_Vc-V， 上式中， 上式中， Sc+1为截止至当前伺服周期指令位置与反馈位置的差值。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110703683 A 3 一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法 技术领域 0001 本发明属于数控系统运动控制技术领域， 尤其是一种基于速度阶跃的数控系统单 轴误差调节算法。 背景技术 0002 目前， 对于运动控制闭环调节通常采用PID以及基于PID的各自优化算法， 或者是 针对具体的运动控制构建模型并形成针对性的闭环控制算法。 而对。

8、于数控系统闭环控制而 言， 绝大部分都是采用PID的控制模式， 其具有调试简单， 适用性强等特点， 但是PID控制方 法需要与所控制的设备性能结合在一起， 因此PID控制方法调节的参数较多， 适用性较差。 发明内容 0003 本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足， 提供一种设计合理、 调节灵活 且适用性强的基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法。 0004 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的： 0005 一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法， 包括以下步骤： 0006 步骤1、 计算本轴最大速度阶跃值V； 0007 步骤2、 计算当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1；。

9、 0008 步骤3、 计算当前伺服周期内的误差值error； 0009 步骤4、 计算当前伺服周期内的误差变化量d_error； 0010 步骤5、 如果当前伺服周期内的误差变化量d_error为正值， 则前一个伺服周期内 的反馈速度feedback_Vcd_error， 如果d_error为负值， 则feedback_Vc0； 0011 步骤6、 根据前一个伺服周期内的反馈速度feedback_Vc， 对当前伺服周期内的期 望速度Req_Vc+1进行修正； 0012 步骤7、 将步骤6所得当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1与一个伺服周期T相乘得 到输出期望值ReqS。 0013 进一步。

10、， 所述步骤1按下式计算本轴最大速度阶跃值V： 0014 VAmax0.1e T 0015 其中， e 为本轴的误差修正系数， Amax为最大加速度值。 0016 进一步， 所述本轴的误差修正系数e 的取值范围为： 0.1e 2。 0017 进一步， 所述步骤2按下式计算当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1： 0018 0019 其中， Sc+1为截止至当前伺服周期指令位置与反馈位置的差值， 其数值为正值， 但 方向是要求以指向期望位置点的方向为正； n为变量， 其取值为： 0020 说明书 1/7 页 4 CN 110703683 A 4 0021 0022 进一步， 所述步骤3按下式计。

11、算当前伺服周期内的误差值error： 0023 errorSc-Sc+1 0024 其中， Sc为截止至前一个伺服周期指令位置与反馈位置的差值， Sc+1为截止至当前 伺服周期指令位置与反馈位置的差值。 0025 进一步， 所述步骤4按下式计算当前伺服周期内的误差变化量d_error： 0026 d_errorerror/T。 0027 进一步， 所述步骤6的具体处理方法为： 0028 如果abs(feedback_Vc-Req_Vc+1)V， 则当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1不 做修正； 0029 如果abs(feedback_Vc-Req_Vc+1)V， 则进行如下操作： 003。

12、0 当所述Req_Vc+1feedback_Vc时， 则V不需要修正， 且将当前伺服周期内的期望 速度Req_Vc+1修正为feedback_Vc+V； 0031 当所述feedback_VcReq_Vc+1时， 将V修正成VaT， 再将当前伺服周期内 的期望速度Req_Vc+1修正成feedback_Vc-V， 上式中， 0032 上式中， Sc+1为截止至当前伺服周期指令位置与反馈位置的差值。 0033 本发明的优点和积极效果是： 0034 本发明设计合理， 其通过计算本轴最大速度阶跃值、 当前伺服周期内的期望速度、 当前伺服周期内的误差值、 当前伺服周期内的误差变化量及前一个伺服周期内的。

13、反馈速 度， 并据此对当前伺服周期内的期望速度进行修正， 从而得到输出期望值， 能够较好地将所 控制的设备性能结合在一起， 具有调节容易、 适用性强、 算法简单、 运行效率高等特点。 具体实施方式 0035 下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。 0036 一种基于速度阶跃的数控系统单轴误差调节算法， 包括以下步骤： 0037 步骤1、 根据下式计算本轴最大速度阶跃值V： 0038 VAmax0.1e T (1) 0039 其中， e 为本轴的误差修正系数， 0.1e 2， T为一个伺服周期， Amax为最大加速 度值。 0040 在这里， 我们对本轴的概念进行说明： 0041 在数控。

14、系统控制里面， 大家对于误差调节控制采用的是pid算法， 其调节的控制对 象就是针对每一个控制系统里面的坐标系的各个运动控制轴而言的， 如里面有XYZ/ABC， 这 里面对于每一个轴的误差调节控制算法都是一样的， 但是每一个算法的具体应用的对象就 是一个控制轴， 它一般就对应的是一个伺服驱动器+伺服电机， 反馈方式可以为伺服驱动器 的编码器也可以是最终的执行机构的光栅尺反馈位置。 这个本轴就是说的是数控系统控制 中的坐标系里面的一个坐标轴。 可以为直线轴也可以为旋转轴， 反馈位置来源可以是伺服 说明书 2/7 页 5 CN 110703683 A 5 驱动器编码器也可以是最终直线机构的位置反馈。

15、。 0042 步骤2、 计算当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1， 具体方法为： 0043 将步骤1所得V代入公式(2)， 计算得到中间解值temp， 0044 0045 其中， Sc+1为截止至当前伺服周期指令位置与反馈位置的差值， 其数值为正值， 但 方向是要求以指向期望位置点的方向为正。 0046设定一个变量n， n为整数， 0047 将所述n代入公式(3)， 计算得到当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1， 0048 0049 步骤3、 按下式计算当前伺服周期内的误差值error， 具体方法为： 0050 设Sc为截止至前一个伺服周期指令位置与反馈位置的差值， 将Sc和Sc+1代。

16、入公式 (4)， 得到当前伺服周期内的误差值error， 0051 errorSc-Sc+1 (4) 0052 步骤4、 计算当前伺服周期内的误差变化量d_error， 具体方法为： 0053 根据一个伺服周期T和步骤3所得当前伺服周期内的误差值error， 通过公式(5)计 算得到当前伺服周期内的误差变化量d_error， 0054 d_errorerror/T (5) 0055 步骤5、 设前一个伺服周期内的反馈速度为feedback_Vc， 如果d_error为正值， 则 feedback_Vcd_error； 如果d_error为负值， 则feedback_Vc0。 0056 步骤6、。

17、 根据步骤5所得前一个伺服周期内的反馈速度feedback_Vc， 对当前伺服周 期内的期望速度Req_Vc+1进行修正， 具体方法为： 0057 如abs(feedback_Vc-Req_Vc+1)V， 则Req_Vc+1不做修正； 0058 如abs(feedback_Vc-Req_Vc+1)V， 则进行如下操作： 0059 情况1： 当所述Req_Vc+1feedback_Vc时， 则V不需要修正， 且将Req_Vc+1修正成 feedback_Vc+V； 0060 情况2： 当所述feedback_VcReq_Vc+1时， 则将所述feedback_Vc和Sc+1代入公式 (6)， 得。

18、到a， 0061 0062 将所述最大速度阶跃值V修正成V aT， 再将所述Req_Vc+1修正成 feedback_Vc-V； 0063 步骤7、 将步骤6所得当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1代入公式(7)， 得到输出 期望值ReqS， 0064 ReqSReq_Vc+1T (7) 说明书 3/7 页 6 CN 110703683 A 6 0065 本发明通过通过以上步骤得到最终的输出期望值ReqS。 该输出期望值ReqS用于修 正误差。 由于误差就是控制系统希望当前控制轴所达到的位置， 而它由于各种原因现在实 际反馈的位置与我们要求期望达到的位置之间有差值， 这个差值最终就是一个距。

19、离值， 因 此， 通过在某一个伺服周期发出它期望达到的位置指令值上面额外加上这个期望值ReqS， 就是此伺服周期内我们希望此轴自身最终走的距离。 此时的期望值求解出来的是一个数 值， 其是以指向上一个伺服周期期望位置为正方向的， 若是它与此伺服周期的期望位置方 向一致就直接相加， 若是不一致， 则是相减。 0066 例如： 若是当前ReqS1mm， 它的正方向是指向前一个伺服周期的期望位置， 即X轴 正方向， 此伺服周期内期望的移动位置为X正向5mm， 则最终输出的命令指令为朝向X正向 6mm； 若此伺服周期内期望的移动位置为X负向5mm， 则最终输出的命令指令为朝X负向4mm。 0067 下。

20、面给出几个实施例， 说明一下本发明实施过程： 0068 实施例1 0069 步骤1、 本轴的误差修正系数e 0.1， 伺服周期T1ms(毫秒)， 最大加速度值Amax 0.1m/s2(米/秒2)1102mm/ms2(毫米/毫秒2)， 按下式计算本轴的最大加速度V： 0070 VAmax0.1e T11020.10.111mm/ms 0071 步骤2、 在某一个时刻m1， 截止至当前伺服周期指令位置与反馈位置的差值Sc+1为 7mm， 将T、 步骤1所得V和Sc+1代入下式， 计算得到中间解值temp为3.27， 0072 0073设定一个变量n， n为整数， 将temp和n代入得到n3； 00。

21、74 将Sc+1和n代入下式， 计算得到当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1， Req_Vc+1 3.25mm/ms， 0075 0076 步骤3， Sc为在某一个时刻m1时截止至前一个伺服周期指令位置与反馈位置的差 值， Sc等于10； 将Sc和Sc+1代入下式， 得到当前伺服周期内的误差值error， 0077 errorSc-Sc+110-73mm 0078 步骤4， 根据T和步骤3所得error， 通过下式计算得到当前伺服周期内的误差变化 量d_error为3mm/ms， 0079 d_errorerror/T3mm/ms 0080 步骤5， 设前一个伺服周期内的反馈速度为feed。

22、back_Vc， 因为d_error为正值， 则 feedback_Vcd_error3mm/ms； 0081 步骤6， 根据步骤5所得feedback_Vc， 因为abs(feedback_Vc-Req_Vc+1)abs(3- 3.25)0.25mm/msV1mm/ms， 则Req_Vc+1不做修正， 即Req_Vc+13.25mm/ms； 0082 步骤7， 将步骤6所得Req_Vc+1代入下式， 得到输出期望值ReqS， 0083 ReqSReq_Vc+1T3.25mm。 说明书 4/7 页 7 CN 110703683 A 7 0084 实施例2 0085 步骤1， 本轴的误差修正系数。

23、e 0.1， 伺服周期T1ms(毫秒)， 最大加速度值Amax 0.1m/s2(米/秒2)1102mm/ms2(毫米/毫秒2)， 计算本轴的最大加速度为V： VAmax 0.1e T11020.10.111mm/ms； 0086 步骤2， 在某一个时刻m2， 截止至当前伺服周期指令位置与反馈位置的差值Sc+1为 7mm， 将T、 步骤1所得V和Sc+1代入下式， 计算得到中间解值temp为3.27， 0087 0088设定一个变量n， n为整数， 将temp和n代入得到n3； 0089 将Sc+1和n代入下式， 计算得到当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1， Req_Vc+1 3.25mm。

24、/ms， 0090 0091 步骤3， Sc为在某一个时刻m2时截止至前一个伺服周期指令位置与反馈位置的差 值， Sc等于9； 将Sc和Sc+1代入下式， 得到当前伺服周期内的误差值error， 0092 errorSc-Sc+19-72mm 0093 步骤4， 根据T和步骤3所得error， 通过下式计算得到当前伺服周期内的误差变化 量d_error为2mm/ms， 0094 d_errorerror/T2mm/ms 0095 步骤5， 设前一个伺服周期内的反馈速度为feedback_Vc， 因为d_error为正值， 则 feedback_Vcd_error2mm/ms； 0096 步骤6。

25、， 根据步骤5所得feedback_Vc， 因为abs(feedback_Vc-Req_Vc+1)abs(2- 3.25)1.25mm/msV1mm/ms， 且Req_Vc+1feedback_Vc， 则V不需要修正， 且将Req_ Vc+1修正成feedback_Vc+V， 即将Req_Vc+1修正成feedback_Vc+V2+13mm/ms 0097 步骤7， 将步骤6所得Req_Vc+1代入下式， 得到输出期望值ReqS， 0098 ReqSReq_Vc+1T3mm。 0099 实施例3 0100 步骤1， 本轴的误差修正系数e 0.1， 伺服周期T1ms(毫秒)， 最大加速度值Ama。

26、x 0.1m/s2(米/秒2)1102mm/ms2(毫米/毫秒2)， 计算本轴的最大加速度为V： VAmax 0.1e T11020.10.111mm/ms； 0101 步骤2， 在某一个时刻m3， 截止至当前伺服周期指令位置与反馈位置的差值Sc+1为 7mm， 将T、 步骤1所得V和Sc+1代入下式， 计算得到中间解值temp为3.27， 0102 说明书 5/7 页 8 CN 110703683 A 8 0103设定一个变量n， n为整数， 将temp和n代入得到n3； 0104 将Sc+1和n代入下式， 计算得到当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1， Req_Vc+1 3.25mm/。

27、ms， 0105 0106 步骤3， Sc为在某一个时刻m3时截止至前一个伺服周期指令位置与反馈位置的差 值， Sc等于12； 将Sc和Sc+1代入下式， 得到一个伺服周期内的误差值error， 0107 errorSc-Sc+112-75mm 0108 步骤4， 根据T和步骤3所得error， 通过下式计算得到当前伺服周期内的误差变化 量d_error为5mm/ms， 0109 d_errorerror/T5mm/ms (5) 0110 步骤5， 设前一个伺服周期内的反馈速度为feedback_Vc， 因d_error为正值， 则 feedback_Vcd_error5mm/ms； 0111。

28、 步骤6， 根据步骤5所得feedback_Vc， 因为abs(feedback_Vc-Req_Vc+1)abs(5- 3.25)1.75mm/msV1mm/ms， 0112 且feedback_VcReq_Vc+1， 则将所述feedback_Vc和Sc+1代入下式， 得到a， 0113 0114 将所述V修正成VaT1.79mm/ms， 再将所述Req_Vc+1修正成feedback_ Vc-V； 即将Req_Vc+1修正成feedback_Vc-V5-1.793.21mm/ms 0115 步骤7， 将步骤6所得Req_Vc+1代入下式， 得到输出期望值ReqS， 0116 ReqSReq。

29、_Vc+1T3.21mm。 0117 实施例4 0118 步骤1， 本轴的误差修正系数e 0.1， 伺服周期T1ms(毫秒)， 最大加速度值Amax 0.1m/s2(米/秒2)1102mm/ms2(毫米/毫秒2)， 计算本轴的最大加速度为V： VAmax 0.1e T11020.10.111mm/ms； 0119 步骤2， 在某一个时刻m4， 截止至当前伺服周期指令位置与反馈位置的差值Sc+1为 7mm， 将T、 步骤1所得V和Sc+1代入下式， 计算得到中间解值temp为3.27， 0120 0121设定一个变量n， n为整数， 将temp和n代入得到n3； 0122 将Sc+1和n代入下式。

30、， 计算得到当前伺服周期内的期望速度Req_Vc+1， Req_Vc+1 3.25mm/ms， 说明书 6/7 页 9 CN 110703683 A 9 0123 0124 步骤3， Sc为在某一个时刻m4时截止至前一个伺服周期指令位置与反馈位置的差 值， Sc等于5； 将Sc和Sc+1代入下式， 得到一个伺服周期内的误差值error， 0125 errorSc-Sc+15-7-2mm 0126 步骤4， 根据T和步骤3所得error， 通过下式计算得到当前伺服周期内的误差变化 量d_error为-2mm/ms， 0127 d_errorerror/T-2mm/ms 0128 步骤5， 设前一。

31、个伺服周期内的反馈速度为feedback_Vc， 因d_error为负值， 则 feedback_Vc值为0， 即feedback_Vc0mm/ms； 0129 步骤6， 根据步骤5所得feedback_Vc， 因为abs(feedback_Vc-Req_Vc+1)abs(0- 3.25)3.25mm/msV1mm/ms， 0130 且Req_Vc+1feedback_Vc， 则V不需要修正， 且将Req_Vc+1修正成feedback_Vc+ V， 即将Req_Vc+1修正成feedback_Vc+V0+11mm/ms 0131 步骤7， 将步骤6所得Req_Vc+1代入下式， 得到输出期望值ReqS， 0132 ReqSReq_Vc+1T1mm。 0133 本发明未述及之处适用于现有技术。 0134 需要强调的是， 本发明所述的实施例是说明性的， 而不是限定性的， 因此本发明包 括并不限于具体实施方式中所述的实施例， 凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案 得出的其他实施方式， 同样属于本发明保护的范围。 说明书 7/7 页 10 CN 110703683 A 10 。