CN211162441U - 基于低推力波动直线电机的激光切割机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于低推力波动直线电机的激光切割机，包括直线电机、安装在所述直线电机上的检测装置，所述检测装置包括：调整直线电机运动方向的反馈模块；其特征在于，所述反馈模块的工作基于反馈系统，所述反馈系统包括：输入变量R(S)、连接所述输入变量R(S)输出端的第一预测模型C(S)、连接输入变量R(S)且与所述第一预测模型C(S)并联的第二预测模型Q(S)、第二端口、第五端口；所述第一预测模型C(S)和所述第二预测模型Q(S)为同一个输出端，均为所述第二端口。本申请满足了当前“大行程高精密机床”要求，提升了推力品质，降低了推力作用时的波动，使直线电机回程误差小、直线加工精度提升、动态响应得到提速。

Description

基于低推力波动直线电机的激光切割机

技术领域

本实用新型涉及反馈系统技术领域，具体是基于低推力波动直线电机的激光切割机。

背景技术

激光切割机能够实现高精度的激光切割。现有的切割机采用的光纤激光切割机在伺服技术方面，采用的“旋转电机+丝杠”或者“旋转电机+齿轮齿条”伺服系统驱动方式，存在齿间间隙和回程误差、精度低、动态响应慢等问题，无法满足当前“大行程高精密机床”的要求。为了提升响应的速度和加工位移时候的精度，采用直线电机驱动激光头移动，以减少传动过程中导致的误差，并且着力于提升推力的品质，降低推力作用时的波动。在反馈系统上还需继续做出改良。

实用新型内容

本实用新型正是针对现有技术存在的不足，提供基于低推力波动直线电机的激光切割机。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案如下：

基于低推力波动直线电机的激光切割机，包括直线电机、安装在所述直线电机上的检测装置，所述检测装置包括：调整直线电机运动方向的反馈模块；其特征在于，所述反馈模块的工作基于反馈系统，所述反馈系统包括：输入变量R(S)、连接所述输入变量R(S)输出端的第一预测模型C(S)、连接输入变量R(S)且与所述第一预测模型C(S)并联的第二预测模型Q(S)、第二端口、第五端口；所述第一预测模型C(S)和所述第二预测模型Q(S)为同一个输出端，均为所述第二端口。

作为上述技术方案的改进，还包括：接收第二预测模型Q(S)和第一预测模型C(S)输出值的被控对象P(S)、经过所述被控对象P(S)后的输出量Y(S)、经过所述被控对象P(S)后的负反馈量P^-(S)；所述负反馈量P^-(S)和所述输出量Y(S)并联，且所述负反馈量P^-(S)的输出值汇入被控对象P(S)的输入值中。

作为上述技术方案的改进，所述输入变量R(S)和第一预测模型C(S)之间还设有第一端口，所述第一端口位于第一预测模型C(S)的分支路线上；所述第一端口到第一预测模型C(S)的路径上设有输入值e。

作为上述技术方案的改进，所述第二端口到被控对象P(S)的路径上还设有第三端口和第四端口；所述第二端口到所述第三端口的路径上设置输入值u。

作为上述技术方案的改进，所述第四端口处设置输入值d。

作为上述技术方案的改进，所述负反馈量P^-(S)的输出端为所述第五端口；所述第三端口后分别串联第四端口和第五端口，所述第四端口和第五端口并联；所述第五端口反馈连接到第三端口上。

作为上述技术方案的改进，还包括：检测装置，所述检测装置包括：PC机、接收所述PC机信号的控制器、接收所述控制器信号的电机驱动板、执行所述电机驱动板命令的直线电机、接收所述直线电机信号的反馈模块，所述反馈模块的输出端连接电机驱动板。

本实用新型与现有技术相比较，本实用新型的实施效果如下：

首先对低推力情况进行区分和适应，以不同的预测模型处理低推力和高推力的情况，对其中的低推力输入变量R(S)进行放大和稳定处理后输出，使得本实用新型的直线电机系统具有更好的低推力适应性，能够多自由度地进行工作，以更精准的模型对应更小范围的情况，提升了其动态响应的速度。其次，本实用新型创建二次反馈，对受控对象P(S)进行一次负反馈，即负反馈量P^-1(S)，此负反馈量P^-1(S)为对附加d值后的受控对象P(S)输出值的反馈。再将对受控对象P(S)进行附加d值前的输入值进行二次反馈。综合二次反馈，调整对受控对象P(S)的初始输入值，即第三端口的输出值。这样的负反馈形式更加完整，考虑到d值输入后P(S)的输出以及d值输入之前的P(S)的输入，使波动d的影响降低到最低，提升了负反馈过程的稳定性，避免导致突然的过度调节，以稳定的负反馈调节来稳定波动。

本实用新型的反馈模块满足了当前“大行程高精密机床”的要求，提升了推力的品质，降低了推力作用时的波动，使直线电机回程误差小、直线加工精度提升、动态响应得到提速。

附图说明

图1为反馈模块的程序框图；

图2为初始程序框图；

图3为低推力改良程序框图；

图4为直线电机控制系统的输入顺序图。

图中：R(S)—输入变量，C(S)—第一预测模型，Q(S)—第二预测模型，P(S)—被控对象，P^-1(S)—负反馈量，Y(S)—输出量，1—第一端口，2—第二端口，3—第三端口，4—第四端口，5—第五端口，6—检测装置，61—PC机，62—控制器，63—电机驱动板，64—直线电机，65—反馈模块。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本实用新型的内容。

本实用新型的低推力波动主要从两方面着手，一是提升电机直线运动时的抗干扰能力，即优化其反馈模块，降低波动频率和波幅；二是优化电机结构，使其能够适应低推力。

图1为反馈模块的程序框图，如图1所示，基于低推力波动直线电机的激光切割机，包括直线电机64、安装在所述直线电机64上的检测装置6，所述检测装置6包括：调整直线电机64运动方向的反馈模块65；其特征在于，所述反馈模块65的工作基于反馈系统，所述反馈系统包括：输入变量R(S)、连接所述输入变量R(S)输出端的第一预测模型C(S)、连接输入变量R(S)且与所述第一预测模型C(S)并联的第二预测模型Q(S)、第二端口2、第五端口5；所述第一预测模型C(S)和所述第二预测模型Q(S)为同一个输出端，均为所述第二端口2。

所述输入变量R(S)和第一预测模型C(S)之间还设有第一端口1，所述第一端口1位于C(S)的分支路线上。所述第一端口1到第一预测模型C(S)的路径上设有输入值e。

本实用新型这样设置，建立了两个预测模型，对输入量R(S)的值进行区分和辨别，通过不同的预测模型C(S)和Q(S)对R(S)进行处理。这建立了一种二自由度的控制器模型，能够更好地适应不同量值的R(S)。对于具体的R(S)值，将其区分为高输入值的R(S)，即高推力情况下，电机运转正常的情况，这样将其以正反馈的形式传输给Q(S)。对于低输入值的R(S)，即低推力情况，电机存在运转波动，响应不及时等情况，将其以负反馈的形式传输给C(S)之前，先经过一层信号放大装置，将其值进行放大和稳定，再传输给C(S)进行处理。图中A框图即为二自由度控制器。

本实用新型采用的反馈模块还包括：接收第二预测模型Q(S)和第一预测模型C(S)输出值的被控对象P(S)、经过所述被控对象P(S)后的输出量Y(S)、经过所述被控对象P(S)后的负反馈量P^-1(S)。所述负反馈量P^-1(S)和所述输出量Y(S)并联，且所述负反馈量P^-1(S)的输出值汇入被控对象P(S)的输入值中。本实用新型这样设置，在二自由度控制的基础上，采用了抗干扰的负反馈闭环模型，被控对象P(S)输出的信号不合格，则将会经由负反馈量P^-1(S)处理，返回去调整对被控对象P(S)的输入量，从而不断调整被控对象P(S)的输出值，使输出量Y(S)的值变得合适，这是一个负反馈调整的过程，能够有效抵抗干扰，调整低推力波动的波动幅度，使其对电机的直线运动不会产生太大的影响。图中B为扰动观测器。

所述第二端口2到被控对象P(S)的路径上还设有第三端口3和第四端口4。所述第二端口2到所述第三端口3的路径上设置输入值u，所述第四端口处设置输入值d。设置第三端口3和第四端口4进行后续的并联分路以及进行不同的数值输入。

所述负反馈量P^-1(S)的输出端为所述第五端口5。所述第三端口3后分别串联第四端口4和第五端口5，所述第四端口4和第五端口5并联。所述第五端口5反馈连接到第三端口3上。这样设置，起到二次反馈的作用。第三端口3输出值以负反馈的形式传输到第五端口5上，在第五端口5上同时接收来自第三端口3的输出值和负反馈量P^-1(S)的输入，再将这种信息传输给第三端口3处的信息，对第三端口3的输出值进行调整，起到二次负反馈的作用。

图2为初始程序框图，图3为低推力改良程序框图，与图2和图3中的程序进行对比，能够明显地看出本实施例进行的改良。本实施例相较于现有技术，首先对低推力情况进行区分和适应，以不同的预测模型处理低推力和高推力的情况，对其中的低推力输入变量R(S)进行放大和稳定处理后输出，使得本实用新型的直线电机系统具有更好的低推力适应性，能够多自由度地进行工作。其次，本实用新型创建二次反馈，对受控对象P(S)进行一次负反馈，即负反馈量P^-1(S)，此负反馈量P^-1(S)为对附加d值后的受控对象P(S)输出值的反馈。再将对受控对象P(S)进行附加d值前的输入值进行二次反馈。综合二次反馈，调整对受控对象P(S)的初始输入值，即第三端口3的输出值。这样的负反馈形式更加完整，考虑到d值输入后P(S)的输出以及d值输入之前的P(S)的输入，使波动d的影响降低到最低，提升了负反馈过程的稳定性，避免导致突然的过度调节，以稳定的负反馈调节来稳定波动。

图4为直线电机控制系统的输入顺序图，如图4所示，本实用新型所述结构切割机包括：检测装置6，所述检测装置6包括：PC机61、接收所述PC机61信号的控制器62、接收所述控制器62信号的电机驱动板63、接收所述直线电机64信号的反馈模块65，所述反馈模块65的输出端连接电机驱动板63。所述直线电机64连接所述电机驱动板63，执行电机驱动板63的命令。反馈模块65再接收来自直线电机64的信号，不断地发出改动的指令，传输给电机驱动板63，及时调整直线电机64的运动方向。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.基于低推力波动直线电机的激光切割机，包括直线电机(64)、安装在所述直线电机(64)上的检测装置(6)，所述检测装置(6)包括：调整直线电机(64)运动方向的反馈模块(65)；其特征在于，所述反馈模块(65)的工作基于反馈系统，所述反馈系统包括：输入变量R(S)、连接所述输入变量R(S)输出端的第一预测模型C(S)、连接输入变量R(S)且与所述第一预测模型C(S)并联的第二预测模型Q(S)、第二端口(2)、第五端口(5)；所述第一预测模型C(S)和所述第二预测模型Q(S)为同一个输出端，均为所述第二端口(2)。

2.根据权利要求1所述的基于低推力波动直线电机的激光切割机，其特征在于，还包括：接收第二预测模型Q(S)和第一预测模型C(S)输出值的被控对象P(S)、经过所述被控对象P(S)后的输出量Y(S)、经过所述被控对象P(S)后的负反馈量P^-1(S)；所述负反馈量P^-1(S)和所述输出量Y(S)并联，且所述负反馈量P^-1(S)的输出值汇入被控对象P(S)的输入值中。

3.根据权利要求1所述的基于低推力波动直线电机的激光切割机，其特征在于，所述输入变量R(S)和第一预测模型C(S)之间还设有第一端口(1)，所述第一端口(1)位于第一预测模型C(S)的分支路线上；所述第一端口(1)到第一预测模型C(S)的路径上设有输入值e。

4.根据权利要求2所述的基于低推力波动直线电机的激光切割机，其特征在于，所述第二端口(2)到被控对象P(S)的路径上还设有第三端口(3)和第四端口(4)；所述第二端口(2)到所述第三端口(3)的路径上设置输入值u。

5.根据权利要求4所述的基于低推力波动直线电机的激光切割机，其特征在于，所述第四端口(4)处设置输入值d。

6.根据权利要求4所述的基于低推力波动直线电机的激光切割机，其特征在于，所述负反馈量P^-1(S)的输出端为所述第五端口(5)；所述第三端口(3)后分别串联第四端口(4)和第五端口(5)，所述第四端口(4)和第五端口(5)并联；所述第五端口(5)反馈连接到第三端口(3)上。

7.根据权利要求1所述的基于低推力波动直线电机的激光切割机，其特征在于，所述检测装置(6)包括：PC机(61)、接收所述PC机(61)信号的控制器(62)、接收所述控制器(62)信号的电机驱动板(63)、接收所述直线电机(64)信号的反馈模块(65)，所述反馈模块(65)的输出端连接所述电机驱动板(63)；所述直线电机(64)连接电机驱动板(63)。

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