CN116795039B - 一种激光切割数控系统的摩擦力补偿装置及方法 - Google Patents

一种激光切割数控系统的摩擦力补偿装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种激光切割数控系统的摩擦力补偿装置及方法，摩擦力补偿装置包括：摩擦参数更改单元，用于接收用户触发的摩擦补偿参数并对至少一个运动轴的摩擦参数更改以生效；摩擦补偿参数为预先基于实验/测试方式获取的参数；判断单元，用于根据出错检测机制，判断更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数是否出错；摩擦补偿量获取单元，用于在更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数均未出错时，获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，并基于自适应摩擦补偿策略获取摩擦补偿量；将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿。上述装置可对数控机床的摩擦力进行自适应补偿，改善了在过象限处的尖峰现象，提高了加工质量。

Description

一种激光切割数控系统的摩擦力补偿装置及方法
技术领域
本发明涉及计算机技术，尤其涉及一种激光切割数控系统的摩擦力补偿装置及方法。
背景技术
摩擦力补偿是在速度环上施加一定的补偿量，从而在速度过零时使摩擦尖峰现象得到抑制，达到补偿机床运动轴的跟随误差，提高轮廓精度进而提高加工质量的目的。
数控机床的摩擦现象主要出现在速度过零时，由于非线性摩擦力的作用使数控系统无法通过控制器来完全消除由摩擦带来的不利影响。在非线性摩擦力的作用下，机床运动轴的跟随误差会出现尖峰现象，导致轮廓误差变大。在圆插补的过程中，在过象限处摩擦现象表现的尤为明显。为此，如何通过数控系统的自适应控制以消除由摩擦带来的尖峰现象，提高加工质量成为当前亟需解决的技术问题。
发明内容
（一）要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种激光切割数控系统的摩擦力补偿装置及方法。
（二）技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种激光切割数控系统的摩擦力补偿装置，包括：
摩擦参数更改单元，用于接收用户触发的摩擦补偿参数并对至少一个运动轴的摩擦参数更改以生效；摩擦补偿参数为预先基于实验/测试方式获取的参数；
判断单元，用于根据出错检测机制，判断更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数是否出错；
摩擦补偿量获取单元，用于在更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数均未出错时，获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，并基于自适应摩擦补偿策略获取摩擦补偿量；将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿。
可选地，摩擦参数更改单元，具体用于：在每一运动轴的已知摩擦补偿参数初始化后，接收用户的输入的更改的摩擦补偿参数，对至少一运动轴的已知摩擦补偿参数进行修改，得到更改后的摩擦补偿参数以存入系统初始化文件；
或者，初始化摩擦补偿生效数组所属运动轴的结构体变量和该运动轴的状态关联变量，接收用户对运动轴的至少一变量的更改信息；将更改信息保存到系统初始化文件中，并将更改信息所属的运动轴的状态关联变量更改为初始状态值。
可选地，判断单元，具体用于：根据出错检测机制，获取每一运动轴的索引号和更改值，基于索引号和更改值进行出错检测，确定所述更改值是否在每一索引号对应的指定范围内；
若是，则确定索引号对应的运动轴的摩擦补偿参数未出错，否则，确定为出错，则展示出错标志。
可选地，摩擦补偿量获取单元，具体用于：在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的轴数是否小于等于有效轴数，若是，则判断当前运动轴的补偿标志是否为0，若是，则查看当前运动轴的反向判断信息；
若反向判断信息为是，则补偿标志设置为1或-1，则判断当前运动轴的运行时间是否小于摩擦补偿时间；所述运行时间为当前运动轴的当前位置点和目标位置点的位置和当前运动轴的速度计算得到的时间；
若小于摩擦补偿时间，则将运行时间加上指定的预设时间段，且确定是否采用自适应摩擦补偿处理；
若是，则根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量，否则，获取恒定的摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量；
将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上。
可选地，摩擦补偿量获取单元，还用于：将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上之后，更新补偿标志位和运动轴的轴数；
和/或，在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的补偿标志位为0之前，若判断所述当前运动轴的轴数大于有效轴数；则中断结束；
和/或，若反向判断信息为否，则将摩擦补偿量设为0，以及更新运动轴的轴数；
和/或，若运行时间大于等于摩擦补偿时间，则将补偿标志位清零，以及运行时间清零，同时将摩擦补偿量设为0，以及更新运动轴的轴数。
可选地，摩擦补偿量获取单元中的根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量，具体包括：
根据已知参数值结合下述公式（1）获取自适应摩擦补偿量一τ，根据自适应摩擦补偿量一τ并结合预先给定的加速度与摩擦补偿量的关系曲线、当前运动轴的加速度信息实时获取自适应摩擦补偿量；
公式（1）
其中，h1为第一幅值、D1为第一延时、ω1为第一响应频率，a1为第一响应幅值；h1、h2、D1、D2、ω1、ω2、a1、a2均通过实验/测试方式获得；h2为第二幅值、D2为第二延时、ω2为第二响应频率，a2为第二响应幅值；
k为数控系统的静态增益、d为数控系统延时，f为预设的静摩擦力，p为比例系数。
可选地，摩擦补偿量获取单元中的将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿，具体包括：
根据当前运动轴的运动方向，确定摩擦补偿量为正值还是负值，得到带符号的摩擦补偿量和摩擦补偿时间；
在当前运动轴经过零点开始，加法模块将带符号的摩擦补偿量应用到速度环上，直至到达指定的摩擦补偿时间。
可选地，摩擦补偿量获取单元中的获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，具体包括：
读取系统初始化文件中各运动轴的轴号和使能值；
根据每一运动轴的轴号位置和轴号使能数组信息、更新轴号存在标志和使能值，并基于更新后的轴号存在标志和使能值，确定有效运动轴的信息，所述有效运动轴的信息包括：轴号、运动轴的轴数、轴号存在标志和使能值。
第二方面，本发明实施例还提供一种激光切割数控系统的摩擦力补偿方法，包括：
S10、数控系统接收用户触发的摩擦补偿参数并对至少一个运动轴的摩擦参数更改以生效；摩擦补偿参数为预先基于实验/测试方式获取的参数；
S20、所述数控系统根据出错检测机制，判断更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数是否出错；
S30、若更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数均未出错，则获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，并基于自适应摩擦补偿策略获取摩擦补偿量；将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿。
可选地，所述S10包括：
在每一运动轴的已知摩擦补偿参数初始化后，接收用户的输入的更改的摩擦补偿参数，对至少一运动轴的已知摩擦补偿参数进行修改，得到更改后的摩擦补偿参数以存入系统初始化文件；
或者，
数控系统初始化摩擦补偿生效数组所属运动轴的结构体变量和该运动轴的状态关联变量，接收用户对运动轴的至少一变量的更改信息；
所述数控系统将更改信息保存到系统初始化文件中，并将更改信息所属的运动轴的状态关联变量更改为初始状态值。
可选地，所述S20包括：
所述数控系统根据出错检测机制，获取每一运动轴的索引号和更改值，基于索引号和更改值进行出错检测，确定所述更改值是否在每一索引号对应的指定范围内；
若是，则确定索引号对应的运动轴的摩擦补偿参数未出错，否则，确定为出错，则展示出错标志，以使用户基于出错标志，重复S10。
可选地，所述S30中的基于自适应摩擦补偿策略获取摩擦补偿量，包括：
在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的轴数是否小于等于有效轴数，若是，则判断当前运动轴的补偿标志是否为0，若是，则查看当前运动轴的反向判断信息；
若反向判断信息为是，则补偿标志设置为1或-1，则判断当前运动轴的运行时间是否小于摩擦补偿时间；所述运行时间为当前运动轴的当前位置点和目标位置点的位置和当前运动轴的速度计算得到的时间；
若小于摩擦补偿时间，则将运行时间加上指定的预设时间段，且确定是否采用自适应摩擦补偿处理；
若是，则根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量，否则，获取恒定的摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量；
将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上。
可选地，所述S30还包括：
将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上之后，更新补偿标志位和运动轴的轴数；
和/或，在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的补偿标志位为0之前，若判断所述当前运动轴的轴数大于有效轴数；则中断结束；
和/或，若反向判断信息为否，则将摩擦补偿量设为0，以及更新运动轴的轴数；
和/或，若运行时间大于等于摩擦补偿时间，则将补偿标志位清零，以及运行时间清零，同时将摩擦补偿量设为0，以及更新运动轴的轴数。
可选地，所述根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量，包括：
根据已知参数值结合下述公式（1）获取自适应摩擦补偿量一τ，根据自适应摩擦补偿量一τ并结合预先给定的加速度与摩擦补偿量的关系曲线、当前运动轴的加速度信息实时获取自适应摩擦补偿量；
公式（1）
其中，h1为第一幅值、D1为第一延时、ω1为第一响应频率，a1为第一响应幅值；h1、h2、D1、D2、ω1、ω2、a1、a2均通过实验/测试方式获得；h2为第二幅值、D2为第二延时、ω2为第二响应频率，a2为第二响应幅值；
k为数控系统的静态增益、d为数控系统延时，f为预设的静摩擦力，p为比例系数。
可选地，所述S30中的将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿，包括：
根据当前运动轴的运动方向，确定摩擦补偿量为正值还是负值，得到带符号的摩擦补偿量和摩擦补偿时间；
在当前运动轴经过零点开始，加法模块将带符号的摩擦补偿量应用到速度环上，直至到达指定的摩擦补偿时间。
可选地，所述S30中的获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，包括：
读取系统初始化文件中各运动轴的轴号和使能值；
根据每一运动轴的轴号位置和轴号使能数组信息、更新轴号存在标志和使能值，并基于更新后的轴号存在标志和使能值，确定有效运动轴的信息，所述有效运动轴的信息包括：轴号、运动轴的轴数、轴号存在标志和使能值。
第三方面，本发明实施例还提供一种数控系统，其包括存储器和处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述处理器执行所述存储器中存储的计算机程序，用以执行上述第二方面任一所述的一种激光切割数控系统中摩擦力补偿的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如第二方面任一项所述的一种激光切割数控系统中摩擦力补偿的方法的步骤。
（三）有益效果
针对现有技术中的当前数控机床在非线性摩擦力的作用下，运动速度过零时数控机床出现摩擦现象，从而使得机床运动轴的跟随误差出现尖峰现象，导致加工的轮廓误差变大，本发明的装置及方法对数控机床的运动轴摩擦力进行自适应补偿，大大改善了在过象限处的尖峰现象，提高了加工质量。
本发明中，为了消除由摩擦带来的尖峰现象，对数控机床进行自适应控制的摩擦补偿是非常有效的减小轮廓误差的方式。
附图说明
图1为本申请一个实施例中的摩擦力补偿的架构示意图；
图2为本申请一个实施例中的摩擦力补偿方法的部分流程示意图；
图3为本申请一个实施例中给定的加速度与摩擦补偿量关系曲线示意图；
图4为本申请一个实施例中获取有效运动轴的流程示意图；
图5为本申请一个实施例中的激光切割数控系统中摩擦力补偿的方法的流程示意图；
图6为本申请另一实施例中的一种激光切割数控系统中摩擦力补偿的方法的流程示意图；
图7为本申请一实施例提供的激光切割数控系统的摩擦力补偿装置的示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
由于非线性摩擦力的作用，运动速度过零时数控机床出现摩擦现象，从而使得机床运动轴的跟随误差出现尖峰现象，导致加工的轮廓误差变大。鉴于现有的技术不足，本申请提出一种激光切割数控系统中摩擦力补偿的实现方法，通过自适应控制方法对数控机床的摩擦力进行补偿，大大改善了在过象限处的尖峰现象，提高了加工质量。
大多数情况下，恒值补偿并一定能够达到比较好的摩擦补偿效果，这时就需要机床操作人员使用摩擦自适应补偿功能并设置其相关参数。
下述实施例中的运动轴、使能轴、生效轴、某轴均为电机带动的运动轴。
实施例一
如图1和图6所示，本实施例提供一种激光切割数控系统的摩擦力补偿方法，本实施例的方法可借助于激光切割数控系统（简称数控系统）实现，本实施例的方法包括：
S10、数控系统接收用户触发的摩擦补偿参数并对至少一个运动轴的摩擦参数更改以生效；摩擦补偿参数为预先基于实验/测试方式获取的参数。
举例来说，在每一运动轴的已知摩擦补偿参数初始化后，接收用户的输入的更改的摩擦补偿参数，对至少一运动轴的已知摩擦补偿参数进行修改，得到更改后的摩擦补偿参数以存入系统初始化文件。
在另一可能的实现方式中，数控系统初始化摩擦补偿生效数组所属运动轴的结构体变量和该运动轴的状态关联变量，接收用户对运动轴的至少一变量的更改信息；所述数控系统将更改信息保存到系统初始化文件中，并将更改信息所属的运动轴的状态关联变量更改为初始状态值。
S20、所述数控系统根据出错检测机制，判断更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数是否出错。
举例来说，数控系统根据出错检测机制，获取每一运动轴的索引号和更改值，基于索引号和更改值进行出错检测，确定所述更改值是否在每一索引号对应的指定范围内；
若是，则确定索引号对应的运动轴的摩擦补偿参数未出错，否则，确定为出错，则展示出错标志，以使用户基于出错标志，重复上述步骤S10。
S30、若更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数均未出错，则获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，并基于自适应摩擦补偿策略获取摩擦补偿量；将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿。
举例来说，步骤S30中的基于自适应摩擦补偿策略获取摩擦补偿量，可包括下述的子步骤：
S31、在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的轴数是否小于等于有效轴数，若是，则判断当前运动轴的补偿标志是否为0，若是，则查看当前运动轴的反向判断信息。
当然，在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的补偿标志位为0之前，若判断所述当前运动轴的轴数大于有效轴数；则中断结束。
这里的补偿标志还可以是其他字母或数字，本实施例中以“0”作为实例，并不对其限定。
S32、若反向判断信息为是，则补偿标志设置为1或-1，则判断当前运动轴的运行时间是否小于摩擦补偿时间；所述运行时间为当前运动轴的当前位置点和目标位置点的位置和当前运动轴的速度计算得到的时间。
这里，若反向判断信息为否，则将摩擦补偿量设为0，以及更新运动轴的轴数。
S33、若小于摩擦补偿时间，则将运行时间加上指定的预设时间段，且确定是否采用自适应摩擦补偿处理。
此外，若运行时间大于等于摩擦补偿时间，则将补偿标志位清零，以及运行时间清零，同时将摩擦补偿量设为0，以及更新运动轴的轴数。
S34、若是，则根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量，否则，获取恒定的摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量。
举例来说，根据已知参数值结合下述公式（1）获取自适应摩擦补偿量一τ，根据自适应摩擦补偿量一τ并结合预先给定的加速度与摩擦补偿量的关系曲线、当前运动轴的加速度信息实时获取自适应摩擦补偿量；
公式（1）
其中，h1为第一幅值、D1为第一延时、ω1为第一响应频率，a1为第一响应幅值；h1、h2、D1、D2、ω1、ω2、a1、a2均通过实验/测试方式获得；h2为第二幅值、D2为第二延时、ω2为第二响应频率，a2为第二响应幅值；
k为数控系统的静态增益、d为数控系统延时，f为预设的静摩擦力，p为比例系数。
S35、将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上。
在本实施例中，可根据当前运动轴的运动方向，确定摩擦补偿量为正值还是负值，得到带符号的摩擦补偿量和摩擦补偿时间；
在当前运动轴经过零点开始，加法模块将带符号的摩擦补偿量应用到速度环上，直至到达指定的摩擦补偿时间。
S36、将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上之后，更新补偿标志位和运动轴的轴数（如图5所示，轴数i+1）。
图1为本申请一个实施例中的摩擦力补偿原理示意图/架构图，如图1所示，摩擦补偿是在速度环上施加一定的补偿量，从而在速度过零时，使摩擦尖峰现象得到抑制。过象限时若速度由正变负，在命令速度上叠加一个负向有一定时间宽度的补偿量；若速度由负变正，在命令速度上叠加一个正向有一定时间宽度的补偿量；在每个控制周期内，摩擦补偿模块根据加速度以及摩擦补偿模块的设定参数得到速度环的补偿量，然后加入到速度环中。上述实施例的方法通过自适应控制方法对数控机床的摩擦力进行补偿，大大改善了在过象限处的尖峰现象，提高了加工质量。
实施例二
为更好的理解本实施例的方法，下面结合图1至图5对本发明实施例的方法进行详细的说明。
本实施例的一种激光数控系统中摩擦力补偿的方法可包括下述的步骤：
步骤1、数控系统启动后，调用摩擦补偿参数初始化程序，对各运动轴进行摩擦补偿参数初始化。
在步骤1中，通过系统初始化文件进行初始化摩擦补偿生效数组中的运动轴的结构体变量与该运动轴状态相关的变量。当用户在数控系统的参数设置页面改变某个摩擦生效轴结构体变量的具体值后，系统应将该值保存到系统初始化文件中，最终完成各个摩擦生效轴结构体变量的具体值并把与该轴相关的状态变量清零。
在另外的实现方式中，当需要改变某轴的摩擦补偿参数时，调用摩擦补偿图形界面程序（即数控系统的参数设置页面），在界面程序中接收修改后的某运动轴的摩擦补偿参数，调用摩擦补偿参数改变程序，对某轴的某项摩擦补偿参数在系统初始文件中进行修改。
需要说明的是，在对摩擦补偿功能的参数进行设置时，需要在“参数设置”界面下进行，“参数设置”界面的键盘操作及相应显示由“参数设置”函数处理，比如移动光标到某个轴上（将对该轴的参数进行设置），移动光标到轴的某个参数上（将对该参数进行设置）以输入参数。输入参数并按确认键后，由“参数设置”函数调用摩擦补偿模块提供的函数进行相应的处理，实际程序中调用时需要向该函数提供摩擦补偿的补偿轴号和使能值，并且调用后需将摩擦使能数组存入系统初始文件，从而完成摩擦参数的修改。
步骤2、摩擦参数修改完后，调用出错检测程序，根据运动轴的索引号及更改值进行出错检测，根据出错标志返回值判断出错类型及有无错误。这里运动轴的索引号可理解为系统初始文件中的一标志，用于判断是否出错使用的。
所述步骤2中，通过系统初始文件修改摩擦补偿生效数组中的生效轴的结构体变量与该轴状态相关的变量，摩擦参数修改完后，调用出错检测程序，根据索引号及更改值进行出错检测，根据出错标志返回值判断出错类型及有无错误。
本步骤中，如果更改项为摩擦生效设置项，则调用摩擦设置生效及失效程序，其它项则不调用。
步骤3、在步骤2的检测无错误后（出错标志返回值为零），生成系统摩擦补偿生效轴使能数组，并将该数组存放到系统初始文件中。
当用户在“参数设置”菜单下，设置某个轴的摩擦补偿使能标志时（摩擦补偿生效或失效），调用该函数更新摩擦生效轴使能数组，并使该数组保存到系统初始化文件中,从而完成摩擦补偿生效与失效标志的设置。
步骤4、针对摩擦补偿量生效的运动轴，调用自适应摩檫力补偿算法计算出当前运动轴需要的补偿量，输出摩擦补偿量到当前运动轴。
即通过系统初始文件中设置的摩擦补偿参数、生成的摩擦生效轴使能数组，基于自适应摩擦补偿算法在运动反向处不断计算出每个摩擦生效轴的摩擦补偿量，输出给摩擦补偿生效的各运动轴。如图5所示，图5为本申请一个实施例中的摩擦力补偿算法流程示意图，计算各个轴的摩擦补偿量，根据用户设置的摩擦补偿参数以及生成的摩擦生效轴使能数组，在速度环的每个中断周期中，不断扫描摩擦补偿生效轴使能数组中的生效轴号，通过自适应摩檫力补偿算法计算出当前轴需要的补偿量。在图5中，运动时间可理解为运动轴从当前位置到目标位置的时间，有效轴数可为从系统初始文件中读取的，反向判断是用于确定是否进行摩擦力补偿的判断方式。中断是指调用摩擦力补偿的接口函数时的终端。补偿标志0、1、-1：是一个自行设置的一个参照，0表示不补偿，1表示补偿，-1表示反方向补偿；补偿标志位用于判断是否已经进行过摩擦力补偿。
针对上述的步骤4，下面采用各个子步骤进行详细说明。
子步骤4.1，在实际情况下，轴运动速度由低通滤波器滤波得到。通过实验方式或测试方法获取如下的数据：
实验1：幅值h1，延时D1，响应频率ω1，响应幅值a1；
实验2：幅值h2，延时D2，响应频率ω2，响应幅值a2。
子步骤4.2，根据两组实验数据的结果，可得到相应的方程组τ1和τ2，进而结合下述公式（1）获取自适应摩擦补偿量一τ。
（1）
子步骤4.3，根据预先给定的加速度与摩擦补偿量的关系曲线、当前运动轴的加速度信息实时获取自适应摩擦补偿量二；
进而根据自适应摩擦补偿量一τ和和自适应摩擦补偿量二，获得自适应摩擦补偿量。
具体地，根据预先给定的加速度与摩擦补偿量的关系曲线获取自适应摩擦补偿量二。如图3所示，图3为本申请一个实施例中给定的加速度与摩擦补偿量关系曲线示意图，在数控机床的允许加速度范围内，摩擦补偿量根据加工参数，自动变化并取得最优的自适应摩擦补偿量二。为了得到自适应摩擦补偿量二。
在图3中，当如果插补轨迹加速度dAcc<dAcc1：
自适应摩擦补偿量二dDeltan=dMax×dAcc/dAcc1；
如果插补轨迹加速度dAcc2>dAcc>dAcc1
自适应摩擦补偿量二dDeltan=dMax；
如果插补轨迹加速度dAcc2<dAcc<dAcc3：
自适应摩擦补偿量二dDeltan=dMax×(dAcc3-dAcc)/(dAcc3-dAcc2)+dMin×(dAcc-dAcc2)/(dAcc3-dAcc2)；
如果插补轨迹加速度dAcc>dAcc3
自适应摩擦补偿量二dDeltan=dMin；
dAcc：插补轨迹加速度；dAcc1：摩擦补偿加速度一；dAcc2：摩擦补偿加速度二；dAcc3：摩擦补偿加速度三；dMax：摩擦补偿加速度最大值；dMin：摩擦补偿加速度最小值；dDeltan：自适应摩擦补偿量二。
子步骤4.4，借助于加速环输出最终的摩擦补偿量至运动轴。例如，在运动轨迹反向处，根据运动轴的加速度计算得到最终的摩擦补偿量后，再依据速度变化的趋势（由正变负，还是由负变正）确定摩擦补偿量的符号（正，负），最后在速度环上加入最终的摩擦补偿量，从指令速度过零点开始计算，摩擦补偿时间后结束。即对应摩擦补偿时间内持续加入自适应变化的最终的摩擦补偿量。这里的摩擦补偿时间通常为定值。
由此，根据已知参数值结合公式（1）获取自适应摩擦补偿量一τ，根据自适应摩擦补偿量一τ并结合预先给定的加速度与摩擦补偿量的关系曲线、当前运动轴的加速度信息实时获取自适应摩擦补偿量作为自适应变化的最终的摩擦补偿量。摩擦力补偿发生在轴运动变换方向的瞬间，从一定速度到零，再到相反方向的速度，这是摩擦力补偿的发生时间。
另外，为了完整说明，在步骤4的执行之前，可借助于数控系统确认摩擦补偿量生效的运动轴，如图4所示，图4为本申请一个实施例中的摩擦补偿生效与失效设置流程示意图，如图4所示，生成系统摩擦补偿生效轴使能数组，并将该数组存放到系统初始文件中。当用户在“参数设置”菜单下，设置某个轴的摩擦补偿使能标志时（摩擦补偿生效或失效），调用该函数更新摩擦生效轴使能数组，并使该数组保存到系统初始化文件中,从而完成摩擦补偿生效与失效标志的设置。
即读取系统初始化文件中各运动轴的轴号和使能值；根据每一运动轴的轴号位置和轴号使能数组信息、更新轴号存在标志和使能值，并基于更新后的轴号存在标志和使能值，确定有效运动轴的信息，所述有效运动轴的信息包括：轴号、运动轴的轴数、轴号存在标志和使能值。
采用上述的激光数控系统的摩擦力补偿方法，是在速度环上施加一定的补偿量，从而在速度过零时使摩擦尖峰现象得到抑制。而这个补偿量是摩擦补偿模块根据加速度以及摩擦补偿设置参数基于自适应控制算法计算得到，然后在每个控制周期中补偿到速度环中。这种过象限处摩擦现象表现尤为明显，给数控机床的加工带来了不稳定因素，本发明的实现方法解决了这个问题，消除了摩擦补偿带来的轮廓误差变大的问题，提升了数控机床加工设备的加工质量。
另外，本发明实施例还提供一种数控系统，包括存储器和处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述处理器执行所述存储器中存储的计算机程序，用以执行上述任意实施例所述的一种激光切割数控系统的摩擦力补偿方法的步骤。
再一方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述任意实施例所述的一种激光切割数控系统的摩擦力补偿方法的步骤。
实施例三
根据本发明实施例的另一方面，如图7所示，本发明实施例还提供一种激光切割数控系统的摩擦力补偿装置，该摩擦力补偿装置包括：摩擦参数更改单元、判断单元和摩擦补偿量获取单元；
摩擦参数更改单元，用于接收用户触发的摩擦补偿参数并对至少一个运动轴的摩擦参数更改以生效；摩擦补偿参数为预先基于实验/测试方式获取的参数；
判断单元，用于根据出错检测机制，判断更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数是否出错；
摩擦补偿量获取单元，用于在更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数均未出错时，获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，并基于自适应摩擦补偿策略获取摩擦补偿量；将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿。
进一步地，摩擦参数更改单元，具体用于，在每一运动轴的已知摩擦补偿参数初始化后，接收用户的输入的更改的摩擦补偿参数，对至少一运动轴的已知摩擦补偿参数进行修改，得到更改后的摩擦补偿参数以存入系统初始化文件；
或者，在另一实现方式中，摩擦参数更改单元可具体用于，初始化摩擦补偿生效数组所属运动轴的结构体变量和该运动轴的状态关联变量，接收用户对运动轴的至少一变量的更改信息；将更改信息保存到系统初始化文件中，并将更改信息所属的运动轴的状态关联变量更改为初始状态值。
在具体实现过程中，上述的判断单元可具体用于，根据出错检测机制，获取每一运动轴的索引号和更改值，基于索引号和更改值进行出错检测，确定所述更改值是否在每一索引号对应的指定范围内；
若是，则确定索引号对应的运动轴的摩擦补偿参数未出错，否则，确定为出错，则展示出错标志。
进一步地，摩擦补偿量获取单元，具体用于：
在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的轴数是否小于等于有效轴数，若是，则判断当前运动轴的补偿标志是否为0，若是，则查看当前运动轴的反向判断信息；
若反向判断信息为是，则补偿标志设置为1或-1，则判断当前运动轴的运行时间是否小于摩擦补偿时间；所述运行时间为当前运动轴的当前位置点和目标位置点的位置和当前运动轴的速度计算得到的时间；
若小于摩擦补偿时间，则将运行时间加上指定的预设时间段TC（如图5所示），且确定是否采用自适应摩擦补偿处理。指定的预设时间段TC为获取自适应摩擦补偿的时间段。
若是，则根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量，否则，获取恒定的摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量；
将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上。
此外，摩擦补偿量获取单元，还用于：将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上之后，更新补偿标志位和运动轴的轴数；
和/或，在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的补偿标志位为0之前，若判断所述当前运动轴的轴数大于有效轴数；则中断结束；
和/或，若反向判断信息为否，则将摩擦补偿量设为0，以及更新运动轴的轴数；
和/或，若运行时间大于等于摩擦补偿时间，则将补偿标志位清零，以及运行时间清零，同时将摩擦补偿量设为0，以及更新运动轴的轴数。
另外，摩擦补偿量获取单元中的根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量，具体包括：
根据已知参数值结合下述公式（1）获取自适应摩擦补偿量一τ，根据自适应摩擦补偿量一τ并结合预先给定的加速度与摩擦补偿量的关系曲线、当前运动轴的加速度信息实时获取自适应摩擦补偿量；
公式（1）
其中，h1为第一幅值、D1为第一延时、ω1为第一响应频率，a1为第一响应幅值；h1、h2、D1、D2、ω1、ω2、a1、a2均通过实验/测试方式获得；h2为第二幅值、D2为第二延时、ω2为第二响应频率，a2为第二响应幅值；
k为数控系统的静态增益、d为数控系统延时，f为预设的静摩擦力，p为比例系数。
在实际应用中，摩擦补偿量获取单元中的将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿，具体包括：
根据当前运动轴的运动方向，确定摩擦补偿量为正值还是负值，得到带符号的摩擦补偿量和摩擦补偿时间；
在当前运动轴经过零点开始，加法模块将带符号的摩擦补偿量应用到速度环上，直至到达指定的摩擦补偿时间。
进一步地，摩擦补偿量获取单元中的获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，具体包括：
读取系统初始化文件中各运动轴的轴号和使能值；
根据每一运动轴的轴号位置和轴号使能数组信息、更新轴号存在标志和使能值，并基于更新后的轴号存在标志和使能值，确定有效运动轴的信息，所述有效运动轴的信息包括：轴号、运动轴的轴数、轴号存在标志和使能值。
本实施例的装置可对数控机床的运动轴摩擦力进行自适应补偿，大大改善了在过象限处的尖峰现象，提高了加工质量。同时消除了由摩擦带来的尖峰现象，对数控机床进行自适应控制的摩擦补偿是非常有效的减小轮廓误差的方式。
应当注意的是，位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了的若干装置中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，技术方案应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明技术方案及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (8)

1.一种激光切割数控系统的摩擦力补偿装置，其特征在于，包括：
摩擦参数更改单元，用于接收用户触发的摩擦补偿参数并对至少一个运动轴的摩擦参数更改以生效；摩擦补偿参数为预先基于实验/测试方式获取的参数；
判断单元，用于根据出错检测机制，判断更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数是否出错；
摩擦补偿量获取单元，用于在更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数均未出错时，获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，并基于自适应摩擦补偿策略获取摩擦补偿量；将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿；
摩擦补偿量获取单元，具体用于：
在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的轴数是否小于等于有效轴数，若是，则判断当前运动轴的补偿标志是否为0，若是，则查看当前运动轴的反向判断信息；
若反向判断信息为是，则补偿标志设置为1或-1，则判断当前运动轴的运行时间是否小于摩擦补偿时间；所述运行时间为当前运动轴的当前位置点和目标位置点的位置和当前运动轴的速度计算得到的时间；
若小于摩擦补偿时间，则将运行时间加上指定的预设时间段，且确定是否采用自适应摩擦补偿处理；
若是，则根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量，否则，获取恒定的摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量；
将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上；
摩擦补偿量获取单元中的根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量，具体包括：
根据已知参数值结合下述公式（1）获取自适应摩擦补偿量一τ，根据自适应摩擦补偿量一τ并结合预先给定的加速度与摩擦补偿量的关系曲线、当前运动轴的加速度信息实时获取自适应摩擦补偿量；
；
公式（1）；
其中，h1为第一幅值、D1为第一延时、ω1为第一响应频率，a1为第一响应幅值；h1、h2、D1、D2、ω1、ω2、a1、a2均通过实验/测试方式获得；h2为第二幅值、D2为第二延时、ω2为第二响应频率，a2为第二响应幅值；
k为数控系统的静态增益、d为数控系统延时，f为预设的静摩擦力，p为比例系数。
2.根据权利要求1所述的摩擦力补偿装置，其特征在于，摩擦参数更改单元，具体用于：
在每一运动轴的已知摩擦补偿参数初始化后，接收用户的输入的更改的摩擦补偿参数，对至少一运动轴的已知摩擦补偿参数进行修改，得到更改后的摩擦补偿参数以存入系统初始化文件；
或者，
初始化摩擦补偿生效数组所属运动轴的结构体变量和该运动轴的状态关联变量，接收用户对运动轴的至少一变量的更改信息；将更改信息保存到系统初始化文件中，并将更改信息所属的运动轴的状态关联变量更改为初始状态值。
3.根据权利要求1所述的摩擦力补偿装置，其特征在于，判断单元，具体用于：
根据出错检测机制，获取每一运动轴的索引号和更改值，基于索引号和更改值进行出错检测，确定所述更改值是否在每一索引号对应的指定范围内；
若是，则确定索引号对应的运动轴的摩擦补偿参数未出错，否则，确定为出错，则展示出错标志。
4.根据权利要求1所述的摩擦力补偿装置，其特征在于，摩擦补偿量获取单元，还用于：
将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上之后，更新补偿标志位和运动轴的轴数；
和/或，在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的补偿标志位为0之前，若判断所述当前运动轴的轴数大于有效轴数；则中断结束；
和/或，若反向判断信息为否，则将摩擦补偿量设为0，以及更新运动轴的轴数；
和/或，若运行时间大于等于摩擦补偿时间，则将补偿标志位清零，以及运行时间清零，同时将摩擦补偿量设为0，以及更新运动轴的轴数。
5.根据权利要求1所述的摩擦力补偿装置，其特征在于，摩擦补偿量获取单元中的将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿，具体包括：
根据当前运动轴的运动方向，确定摩擦补偿量为正值还是负值，得到带符号的摩擦补偿量和摩擦补偿时间；
在当前运动轴经过零点开始，加法模块将带符号的摩擦补偿量应用到速度环上，直至到达指定的摩擦补偿时间。
6.根据权利要求2所述的摩擦力补偿装置，其特征在于，摩擦补偿量获取单元中的获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，具体包括：
读取系统初始化文件中各运动轴的轴号和使能值；
根据每一运动轴的轴号位置和轴号使能数组信息、更新轴号存在标志和使能值，并基于更新后的轴号存在标志和使能值，确定有效运动轴的信息，所述有效运动轴的信息包括：轴号、运动轴的轴数、轴号存在标志和使能值。
7.一种激光切割数控系统的摩擦力补偿方法，其特征在于，包括：
S10、数控系统接收用户触发的摩擦补偿参数并对至少一个运动轴的摩擦参数更改以生效；摩擦补偿参数为预先基于实验/测试方式获取的参数；
S20、所述数控系统根据出错检测机制，判断更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数是否出错；
S30、若更改生效的各运动轴的摩擦补偿参数均未出错，则获取需要进行摩擦补偿的有效运动轴的信息，并基于自适应摩擦补偿策略获取摩擦补偿量；将该摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上实现运动轴的摩擦力补偿；
其中，S30包括：在当前运动轴的中断开始后，判断当前运动轴的轴数是否小于等于有效轴数，若是，则判断当前运动轴的补偿标志是否为0，若是，则查看当前运动轴的反向判断信息；
若反向判断信息为是，则补偿标志设置为1或-1，则判断当前运动轴的运行时间是否小于摩擦补偿时间；所述运行时间为当前运动轴的当前位置点和目标位置点的位置和当前运动轴的速度计算得到的时间；
若小于摩擦补偿时间，则将运行时间加上指定的预设时间段，且确定是否采用自适应摩擦补偿处理；
若是，则根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量，否则，获取恒定的摩擦补偿量作为最终的摩擦补偿量；
将获取的摩擦补偿量通过加法模块应用到速度环上；
所述根据当前运动轴的加速度信息和已知参数值，获取自适应摩擦补偿量，具体包括：
根据已知参数值结合下述公式（1）获取自适应摩擦补偿量一τ，根据自适应摩擦补偿量一τ并结合预先给定的加速度与摩擦补偿量的关系曲线、当前运动轴的加速度信息实时获取自适应摩擦补偿量；
；
公式（1）；
其中，h1为第一幅值、D1为第一延时、ω1为第一响应频率，a1为第一响应幅值；h1、h2、D1、D2、ω1、ω2、a1、a2均通过实验/测试方式获得；h2为第二幅值、D2为第二延时、ω2为第二响应频率，a2为第二响应幅值；
k为数控系统的静态增益、d为数控系统延时，f为预设的静摩擦力，p为比例系数。
8.一种数控系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述处理器执行所述存储器中存储的计算机程序，用以执行上述权利要求7所述的一种激光切割数控系统的摩擦力补偿方法的步骤。
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