CN114115125B - 预算轴定位过程的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了预算轴定位过程的方法,涉及伺服控制技术领域。本发明预算轴定位过程的方法,其中算法建模步骤和算法应用步骤:算法应用步骤包括,从轴先随主轴位移同步转动,建立二者角度坐标;从轴依据主轴和从轴各自相对于其零位的角度及工艺要求的主/从轴间对齐角度,计算出从轴轴定位编码器计量的角度对齐行程;调用算法模型,预算出角度对齐累计位移过程曲线;计算出对应的角度对齐位移增量;与主轴同步位移增量相加,作为从轴位移同步增量设定值,实现角度对齐或对齐偏差修正功能;完成。本发明预算轴定位过程的算法在位移同步运行过程中,实现基于位移同步控制的角度对齐或角度对齐偏差修正功能。
Description
技术领域
本发明涉及伺服控制技术领域,特别是涉及预算轴定位过程的方法。
背景技术
伺服驱动器又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统,一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制,实现高精度的传动系统定位,是传动技术的高端产品,伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分,被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中;
目前的伺服控制器不公开其内部预算轴定位过程的方法模型等核心技术,部分厂家的伺服控制器缺少基于位移同步控制的轴定位(角度对齐或角度对齐偏差修正)功能;因此,我们提出预算轴定位过程的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供预算轴定位过程的方法,通过研发预算轴定位过程算法模型,在应用层面或集成于伺服控制器中,实现基于位移同步控制器的轴定位(角度对齐或角度对齐偏差修正)功能,以解决上述背景中提出的问题。
为解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明为预算轴定位过程的方法,包括算法建模和算法应用步骤:
算法建模步骤如下:
步骤1:用解析几何方法建立描述量化轴定位连续平滑速度过程的基本方程式X2*(X+1)=S*N/A/2;其中:X为一段变加速度段所用的单位时间数,轴定位速度过程由4个相互对称的变加速度段包围,成为轴定位速度连续平滑变化的基础;X≥1,预算速度过程肯定连续平滑,即要求S*N/A≥2,S为轴定位行程,A为轴定位最大加速度,N为等分加速度A的份数,用于计算变加速度段速变过程。
步骤2:模型参数A≥1rpm,X≥1和定位行程S≥1Incr给定,可算出N值;若N<X*A/Ta,则N=X*A/Ta;受加速度约束,若X>N,则X=N;受速度Xm*(Xm+1)*A/N≤V约束,若X>Xm,则X=Xm;模型参数Ta≥0.2ms为单位计算时间;X和N确定,可计算变加速度部分实际行程Sx=2*X2*(X+1)*A/N,实际最大加速度Ax=X*A/N。
步骤3:建立匀加速部分方程式Y2+(3X+1)*Y=Sy*N/A/X;Sy=S-Sx,如Sy>1,N、A、X已定,求解Y;Y≥0,以Ax≤A恒加速度速变,受速度X*(X+1)*A/N+X*Ym*A/N≤V约束,若Y>Ym,则Y=Ym。
步骤4:建立匀速部分方程式Z*X*(X+Y+1)*A/N=Sz;Sz=S-Sx-Sy,如Sz≥X*(X+Y+1)*A/N/2,四舍五入计算Z。
步骤5:M=X+Y+Z,得到轴定位连续平滑速度过程离散数组元素总数;按组成轴定位连续平滑速度过程的7段速度变化分别计算加速度离散数组元素值Ai;速度离散数组元素值Vi=∑Ai;位移过程离散数组元素值Si=∑Vi,1≤i≤M;计算过程平差比例系数c=S/Sm,遍乘位移过程离散数组元素Si,不改预算的轴定位速度过程的连续平滑特征。
算法应用步骤如下:
应用步骤6:从轴先随主轴位移同步转动,一旦主轴与从轴分别检测到轴编码器零位信号,则二者角度坐标建立;
应用步骤7:从轴依据主轴和从轴各自相对于其零位的角度及工艺要求的主/从轴间对齐角度,计算出从轴轴定位编码器计量的角度对齐行程;
应用步骤8:调用算法模型,预算出角度对齐累计位移过程曲线;
应用步骤9:从轴在每个同步计算时段,从预算的角度对齐累计位移过程曲线查出对应位移量,计算出对应的角度对齐位移增量;
应用步骤10:基于上述步骤,与主轴同步位移增量相加,作为从轴位移同步增量设定值,实现角度对齐或对齐偏差修正功能;
应用步骤11:完成预算轴定位过程。
优选地,所述算法模型中X2*(X+1)=C一元三次方程计算机最简求解近似解。
优选地,所述算法在轴定位行程已知,且最大定位加速度和最高定位速度约束下,利用算法模型,预算出满足精度要求的连续平滑且平缓度受控的速度过程和位移累计过程。
优选地,所述算法通过Excel的VB编程算法模型进行验算,满足应用要求。
本发明具有以下有益效果:
本发明预算轴定位过程的方法,既可集成在伺服控制器中,也能在应用层面实现基于位移同步的角度对齐或角度对齐偏差修正功能,本方案是在多年全数字驱动控制应用的基础上摸索研发的算法方案。
本发明预算轴定位过程的方法,叠加在位移同步速度过程上的角度对齐速度过程是连续平滑的,能够通过整定轴定位算法模型参数(最大加速度和最高速度等),控制平缓度。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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为本发明的预算轴定位过程的方法建模步骤流程图;
图2为本发明的预算轴定位过程的方法应用步骤流程图;
图3为本发明预算轴定位过程的方法升/降速过程对称的轴定位连续平滑速度过程离散示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-2所示:本发明为预算轴定位过程的方法,包括算法建模和算法应用步骤:
算法建模步骤如下:
步骤1:用解析几何方法建立描述量化轴定位连续平滑速度过程的基本方程式X2*(X+1)=S*N/A/2;其中:X为一段变加速度段所用的单位时间数,轴定位速度过程由4个相互对称的变加速度段包围,成为轴定位速度连续平滑变化的基础;X≥1,预算速度过程肯定连续平滑,即要求S*N/A≥2。S为轴定位行程,A为轴定位最大加速度,N为等分加速度A的份数,用于计算变加速度段速变过程。
步骤2:模型参数A≥1rpm,X≥1和定位行程S≥1Incr给定,可算出N值;若N<X*A/Ta,则N=X*A/Ta;受加速度约束,若X>N,则X=N;受速度Xm*(Xm+1)*A/N≤V约束,若X>Xm,则X=Xm;模型参数Ta≥0.2ms为单位计算时间;X和N确定,可计算变加速度部分实际行程Sx=2*X2*(X+1)*A/N,实际最大加速度Ax=X*A/N。
步骤3:建立匀加速部分方程式Y2+(3X+1)*Y=Sy*N/A/X;Sy=S-Sx,如Sy>1,N、A、X已定,求解Y;Y≥0,以Ax≤A恒加速度速变,受速度X*(X+1)*A/N+X*Ym*A/N≤V约束,若Y>Ym,则Y=Ym。
步骤4:建立匀速部分方程式Z*X*(X+Y+1)*A/N=Sz;Sz=S-Sx-Sy,如Sz≥X*(X+Y+1)*A/N/2,四舍五入计算Z。
步骤5:M=X+Y+Z,得到轴定位连续平滑速度过程离散数组元素总数;按组成轴定位连续平滑速度过程的7段速度变化分别计算加速度离散数组元素值Ai;速度离散数组元素值Vi=∑Ai;位移过程离散数组元素值Si=∑Vi,1≤i≤M;计算过程平差比例系数c=S/Sm,遍乘位移过程离散数组元素Si,不改预算的轴定位速度过程的连续平滑特征。
算法应用步骤如下:
应用步骤6:从轴先随主轴位移同步转动,一旦主轴与从轴分别检测到轴编码器零位信号,则二者角度坐标建立;
应用步骤7:从轴依据主轴和从轴各自相对于其零位的角度及工艺要求的主/从轴间对齐角度,计算出从轴轴定位编码器计量的角度对齐行程;
应用步骤8:调用算法模型,预算出角度对齐累计位移过程曲线;
应用步骤9:从轴在每个同步计算时段,从预算的角度对齐累计位移过程曲线查出对应位移量,计算出对应的角度对齐位移增量;
应用步骤10:基于上述步骤,与主轴同步位移增量相加,作为从轴位移同步增量设定值,实现角度对齐或对齐偏差修正功能;
应用步骤11:完成预算轴定位过程。
实施例2
本方案技术改进如下:①、算法模型中X2*(X+1)=C一元三次方程计算机最简求解近似解;②、在轴定位行程已知,且最大定位加速度和最高定位速度约束下,利用算法模型,预算出满足精度要求的连续平滑且平缓度受控的速度过程和位移累计过程;③、过程平差处理。
本方案通过Excel的VB编程算法模型进行验算,满足应用要求。
本方案中:
①升/降速过程对称的轴定位连续平滑速度过程离散示意如图3所示:
②A段:加速度Ai=i*A/N,速度Vi=i*(i+1)*A/N/2,0≤Ai≤A,Vi<V
③B段:加速度Ai=Ai-1+A/N,速度Vi=Vi-1+Ai,0≤Ai≤A,Vi<V
④C段:加速度Ai=Ai-1-A/N,速度Vi=Vi-1+Ai,0≤Ai≤A,Vi<V
⑤D段:加速度Ai=0,速度Vi=Vi-1,0≤Ai≤A,Vi<V
⑥轴定位行程=速度过程与横坐标i包围的面积。
⑦模型参数N≥1,A>0,V>0,单位时间t是最小同步时段的整数倍。
模型参数A,V越小,过程越平缓,用时自动加长;模型参数N越大,小行程的轴定位预算精度越高。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.预算轴定位过程的方法,其特征在于,所述预算轴定位过程的方法,包括算法建模步骤和算法应用步骤:
所述算法建模步骤如下:
步骤1:用解析几何方法建立描述量化轴定位连续平滑速度过程的基本方程式X2*(X+1)=S*N/A/2,其中:X为一段变加速度段所用的单位时间数,轴定位速度过程由4个相互对称的变加速度段包围,成为轴定位速度连续平滑变化的基础;X≥1,预算速度过程肯定连续平滑,即要求S*N/A≥2,S为轴定位行程,A为轴定位最大加速度,N为等分加速度A的份数;
步骤2:模型参数A≥1rpm,X≥1和定位行程S≥1Incr给定,算出N值,若N<X*A/Ta,则N=X*A/Ta;受加速度约束,若X>N,则X=N;受速度Xm*(Xm+1)*A/N≤V约束,若X>Xm,则X=Xm;模型参数Ta≥0.2ms为单位计算时间;X和N确定,可计算变加速度部分实际行程Sx=2*X2*(X+1)*A/N,实际最大加速度Ax=X*A/N;
步骤3:建立匀加速部分方程式Y2+(3X+1)*Y=Sy*N/A/X,Sy=S-Sx,如Sy>1,N、A、X已定,求解Y;Y≥0,以Ax≤A恒加速度速变,受速度X*(X+1)*A/N+X*Ym*A/N≤V约束,若Y>Ym,则Y=Ym;
步骤4:建立匀速部分方程式Z*X*(X+Y+1)*A/N=Sz,Sz=S-Sx-Sy,如Sz≥X*(X+Y+1)*A/N/2,四舍五入计算Z;
步骤5:M=X+Y+Z,得到轴定位连续平滑速度过程离散数组元素总数,按组成轴定位连续平滑速度过程的7段速度变化分别计算加速度离散数组元素值Ai;速度离散数组元素值Vi=∑Ai;位移过程离散数组元素值Si=∑Vi,1≤i≤M;计算过程平差比例系数c=S/Sm,遍乘位移过程离散数组元素Si,不改预算的轴定位速度过程的连续平滑特征;
所述算法应用步骤如下:
步骤6:从轴先随主轴位移同步转动,一旦主轴与从轴分别检测到轴编码器零位信号,则二者角度坐标建立;
步骤7:从轴依据主轴和从轴各自相对于其零位的角度及工艺要求的主/从轴间对齐角度,计算出从轴轴定位编码器计量的角度对齐行程;
步骤8:调用算法模型,预算出角度对齐累计位移过程曲线;
步骤9:从轴在每个同步计算时段,从预算的角度对齐累计位移过程曲线查出对应位移量,计算出对应的角度对齐位移增量;
步骤10:基于上述步骤,与主轴同步位移增量相加,作为从轴位移同步增量设定值,实现角度对齐或对齐偏差修正功能;
步骤11:完成预算轴定位过程。
2.根据权利要求1所述的预算轴定位过程的方法,其特征在于,所述步骤1中X为一段变加速度段所用的单位时间数,轴定位速度过程由4个相互对称的变加速度段包围,成为轴定位速度连续平滑变化的基础;X≥1,预算速度过程肯定连续平滑,即要求S*N/A≥2;S为轴定位行程,A为轴定位最大加速度,N为等分加速度A的份数,用于计算变加速度段速变过程。
3.根据权利要求1所述的预算轴定位过程的方法,其特征在于,所述步骤5中按组成轴定位连续平滑速度过程的7段速度变化分别计算加速度离散数组元素值Ai;速度离散数组元素值Vi=∑Ai;位移过程离散数组元素值Si=∑Vi,1≤i≤M;计算过程平差比例系数c=S/Sm,遍乘位移过程离散数组元素Si,不改预算的轴定位速度过程的连续平滑特征。
4.根据权利要求1所述的预算轴定位过程的方法,其特征在于,所述算法模型中X2*(X+1)=C一元三次方程计算机最简求解近似解。
5.根据权利要求2所述的预算轴定位过程的方法,其特征在于,所述算法在轴定位行程已知,且最大定位加速度和最高定位速度约束下,利用算法模型,预算出满足精度要求的连续平滑且平缓度受控的速度过程和位移累计过程。
6.根据权利要求1所述的预算轴定位过程的方法,其特征在于,所述算法通过Exce l的VB编程算法模型进行验算,满足应用要求。
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