CN106569458A - 基于误差迭代的加工误差动态补偿方法 - Google Patents

基于误差迭代的加工误差动态补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于误差迭代的加工误差动态补偿方法，包括：S1、获取原始加工指令曲线CMD_ORG(t)；S2、设置调整曲线ADJ(t)，并设定ADJ(t)＝0；S3、计算当前加工指令曲线CMD(t)；S4、根据当前加工指令曲线执行当前加工指令，获得实际响应曲线R(t)；S5、计算误差曲线ERR(t)；S6、对所述调整曲线进行重新赋值，赋值公式为：ADJ(t)＝ADJ(t)*K+(1‑K)*ERR(t)，其中0<K<1；S7、判断加工是否完成，若是，则结束流程，若否，则返回步骤S3。本发明动态地对加工过程的误差进行补偿和控制，可以有效地提高加工过程中轮廓跟踪的精度。

Description

基于误差迭代的加工误差动态补偿方法
技术领域
本发明涉及自动控制领域，特别是涉及一种基于误差迭代的加工误差动态补偿方法。
背景技术
在精密制造领域，如利用机床进行高精加工，加工误差在受到机械刚性、运动部件惯量、温度、摩擦系数、润滑条件等物理因素影响的同时也受到控制系统运动控制律、伺服系统响应速度等算法因素的影响，这些影响很难或者根本就不可能建立准确的数学模型，因此很难从数学上对应。
在实际加工中，特别是零件加工追踪，加工条件都是相对比较稳定的，如相同的机械刚性、相同的运动部件惯量、润滑条件、缓慢变化的温度，以及相同的控制律和伺服系统；在相同的加工条件下、同样加工过程产生的误差也具有极大的相似性。因此利用已加工过程的误差信息对未加工过程进行优化具有一定的可行性。
经过文献和专利检索，目前还没有技术文献来处理这种问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中还没有利用已加工过程的误差信息对未加工过程进行优化的缺陷，提供一种基于误差迭代的加工误差动态补偿方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种基于误差迭代的加工误差动态补偿方法，其特点在于，包括以下步骤：
S1、获取原始加工指令曲线；
S2、设置一调整曲线，并设定所述调整曲线初始值为0；
S3、计算当前加工指令曲线，计算公式为：
CMD(t)＝CMD_ORG(t)+ADJ(t)；
其中CMD(t)表示当前加工指令曲线，CMD_ORG(t)表示原始加工指令曲线，ADJ(t)表示调整曲线；
S4、根据当前加工指令曲线执行当前加工指令，获得实际响应曲线；
S5、计算误差曲线，计算公式为：
ERR(t)＝CMD_ORG(t)-R(t)；
其中ERR(t)表示误差曲线，R(t)表示实际响应曲线；
S6、对所述调整曲线进行重新赋值，赋值公式为：
ADJ(t)＝ADJ(t)*K+(1-K)*ERR(t)，其中0<K<1；
S7、判断加工是否完成，若是，则结束流程，若否，则返回步骤S3。
较佳地，步骤S5和S6之间还包括：
S51、对误差曲线进行滤波，获得滤波后的误差曲线；
步骤S6的赋值公式为：
ADJ(t)＝ADJ(t)*K+(1-K)*F_ERR(t)；
其中F_ERR(t)为滤波后的误差曲线。
较佳地，步骤S51中利用微分跟踪器对误差曲线进行时域滤波，微分跟踪器的微分上限设置为对应机器轴的理论最大加速度值。
较佳地，步骤S6和S7之间还包括：
S61、对调整曲线进行滤波。
较佳地，步骤S61中对调整曲线进行窗口宽度为5个点的平均滤波。
本发明的积极进步效果在于：本发明实现了利用已加工过程的误差对未加工过程进行优化，动态地对加工过程的误差进行补偿和控制，通过本发明的方法可以有效地提高加工过程中轮廓跟踪的精度，可以广泛地适用于高精度运动控制领域。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法的流程图。
图2为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法之前的原始误差效果示意图。
图3为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法进行第一次迭代补偿后的误差效果示意图。
图4为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法进行第二次迭代补偿后的误差效果示意图。
图5为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法进行第三次迭代补偿后的误差效果示意图。
图6为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法进行第四次迭代补偿后的误差效果示意图。
图7为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法进行第五次迭代补偿后的误差效果示意图。
图8为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法进行第六次迭代补偿后的误差效果示意图。
图9为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法进行第七次迭代补偿后的误差效果示意图。
图10为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法进行第八次迭代补偿后的误差效果示意图。
图11为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法进行第九次迭代补偿后的误差效果示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，本发明的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法包括以下步骤：
步骤101、获取原始加工指令曲线CMD_ORG(t)；
步骤102、设置一调整曲线ADJ(t)，并设定所述调整曲线初始值为0，即设置ADJ(t)＝0；
步骤103、计算当前加工指令曲线CMD(t)，计算公式为：
CMD(t)＝CMD_ORG(t)+ADJ(t)；
其中CMD(t)表示当前加工指令曲线，CMD_ORG(t)表示原始加工指令曲线，ADJ(t)表示调整曲线；
步骤104、根据当前加工指令曲线执行当前加工指令，获得实际响应曲线R(t)；
步骤105、计算误差曲线ERR(t)，计算公式为：
ERR(t)＝CMD_ORG(t)-R(t)；
其中ERR(t)表示误差曲线，R(t)表示实际响应曲线；
步骤106、对误差曲线ERR(t)进行滤波，得到滤波后的误差曲线F_ERR(t)，具体地，会利用微分跟踪器对误差曲线进行时域滤波，微分跟踪器的微分上限设置为对应机器轴所能达到的理论最大加速度值；
步骤107、对所述调整曲线进行重新赋值，赋值公式为：
ADJ(t)＝ADJ(t)*K+(1-K)*ERR(t)，其中0<K<1；
步骤108、对重新赋值后的调整曲线进行滤波；具体地，对调整曲线进行窗口宽度为5个点的平均滤波；
步骤109、判断加工是否完成，若是，则结束流程，若否，则返回步骤103。
本发明提供了一种在重复加工中利用已知加工过程的误差数据对加工指令进行调整的方法，本发明利用已加工过程的误差对未加工过程进行优化，其原理是：将加工过程中的误差当成各种影响因素在加工指令曲线下的反应，这种反应具有局部性和重复性，因此可以对误差曲线进行处理，依据处理后的曲线对指令曲线进行修正、进而改善控制系统的跟随性能。
下面对本发明的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法的具体原理进行详细描述：
以一维运动为例，设指令曲线为cmd(t)，对应加工过程误差曲线为e(t)，则实际加工过程曲线为r(t)＝cmd(t)-e(t)；考虑新的指令曲线cmd2(t)＝cmd(t)+e(t)，对应加工过程误差为e2(t)，即r2(t)＝cmd2(t)-e2(t)＝cmd(t)+e(t)-e2(t)。由于e(t)和e2(t)都是各种物理和控制的因素在加工曲线下的反应，而且基于相同指令曲线产生相同误差曲线的事实和误差曲线总是很小的事实，因此推定在cmd2(t)和cmd(t)曲线产生的误差曲线具有较高的相似性：e(t)≈e2(t)，记e_new(t)＝e2(t)-e(t)，有e_new(t)<e(t)，即r2(t)＝cmd(t)-e_new(t)相对于r(t)＝cmd(t)-e(t)更接近于cmd(t)，从而达到了改善控制系统跟随性的目的。
在加工中机床对于高频信号并没有很好的响应能力，一般的加工指令通过运动规划也避免了过多的高频信号。然而误差曲线由于是在各种因素影响下产生，尽管曲线幅值总是很小，但其信号所包含的高频分量比较高，这就可能导致“cmd2(t)和cmd(t)曲线产生的误差曲线具有较高的相似性”不成立。因此实际的应用中，并不能通过直接利用cmd2(t)＝cmd(t)+e(t)构建新的指令曲线，对应的解决方法是对指令曲线进行滤波，剔除其高频分量，并且使得滤波后曲线的加速度限制在指定范围之内。
由于该计算是可以重复进行的，因此可以通过对上述算法进行多次迭代的方式进行指令曲线的优化调整。
下面结合图2-11说明本发明的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法所能够取得的有益效果，其中图2为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法之前的原始误差效果示意图，图3-11依次为加工过程中利用本发明的较佳实施例的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法进行第一次至第九次迭代补偿后的误差效果示意图。
从图2-11直观反映了在真圆度实验中，九次加工误差动态补偿使得误差逐步收敛的过程，其中图中外面一层圆周曲线表示误差，里面一层不规则圆周曲线表示调整曲线。
详细结果如下表：
迭代补偿次数 最大正误差 最大负误差 总误差
原始曲线 0.005475 -0.000560 0.006034
第一次迭代 0.001770 -0.001930 0.003700
第二次迭代 0.001484 -0.001610 0.003092
第三次迭代 0.001295 -0.001079 0.002373
第四次迭代 0.001201 -0.000897 0.002098
第五次迭代 0.001010 -0.000833 0.001843
第六次迭代 0.001044 -0.000783 0.001827
第七次迭代 0.000969 -0.000757 0.001725
第八次迭代 0.001014 -0.000700 0.001714
第九次迭代 0.001024 -0.000736 0.001760
上述结果说明采用本发明的加工误差动态补偿方法，使得加工过程中的误差越来越小，进而最终加工曲线越来越接近原始加工曲线。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于误差迭代的加工误差动态补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取原始加工指令曲线；
S2、设置一调整曲线，并设定所述调整曲线初始值为0；
S3、计算当前加工指令曲线，计算公式为：
CMD(t)＝CMD_ORG(t)+ADJ(t)；
其中CMD(t)表示当前加工指令曲线，CMD_ORG(t)表示原始加工指令曲线，ADJ(t)表示调整曲线；
S4、根据当前加工指令曲线执行当前加工指令，获得实际响应曲线；
S5、计算误差曲线，计算公式为：
ERR(t)＝CMD_ORG(t)-R(t)；
其中ERR(t)表示误差曲线，R(t)表示实际响应曲线；
S6、对所述调整曲线进行重新赋值，赋值公式为：
ADJ(t)＝ADJ(t)*K+(1-K)*ERR(t)，其中0<K<1；
S7、判断加工是否完成，若是，则结束流程，若否，则返回步骤S3。
2.如权利要求1所述的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法，其特征在于，步骤S5和S6之间还包括：
S51、对误差曲线进行滤波，获得滤波后的误差曲线；
步骤S6的赋值公式为：
ADJ(t)＝ADJ(t)*K+(1-K)*F_ERR(t)；
其中F_ERR(t)为滤波后的误差曲线。
3.如权利要求2所述的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法，其特征在于，步骤S51中利用微分跟踪器对误差曲线进行时域滤波，微分跟踪器的微分上限设置为对应机器轴的理论最大加速度值。
4.如权利要求1所述的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法，其特征在于，步骤S6和S7之间还包括：
S61、对调整曲线进行滤波。
5.如权利要求4所述的基于误差迭代的加工误差动态补偿方法，其特征在于，步骤S61中对调整曲线进行窗口宽度为5个点的平均滤波。
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