两轴联动位置伺服系统的研究.doc

两轴联动位置伺服系统的研究 弓 两轴联动位置伺服系统的研究(;(blsj 摘要介绍了一种具体的两轴联动位置伺服系统.重点论述了控制软件的设计.指出通过主 程序和中断服务程序的配合实现了两轴运动的协调控制,并提出了变控制参数的快速分度控制方 法. 关键词:要!伺服控制同步控制快速分度控制弓f固j onSynchro-hi-axesPosi JiangRuiquanWang 咖 X 岫 iaochun 一咖 3例j1]u AbstractAconmetesynchro-bi—axesNit~nlng3eosystemisintrudueed.wthemphasis.nthe designofcontrolsoftware.日1ditisdiscussedthatthebiaxmIsynchronousmotioncanbeachievedthrough thecoordinationofmainprogramandinterrupt~l*verroutine.Intheend,themethodofrapidindex motioncontrolbychangingthecontrollerparametersispres,~mted. Keywords:syachro-bi-axialmotion:SI~IWOcoutrol:syachro-coatrol;rapidindexo0n- 1前言齿轮一达到了图纸要求精度. 需要加工特殊齿面的锥齿轮,轮坯固定 在具有两个旋转轴(B轴和C轴)的工作台 上,刀具沿直线方向反复作刨齿运动.调整 好机床参数后,齿形完成由B轴和C轴的协 调运动来保证,见图1.齿轮的加工精度不 仅与每个轴的运动精度有关,而且与两轴同 步运动的配合情况也有关.保证两轴按预定 的轨迹协调动作是伺服系统设计的主要任务 之一.笔者设计了两轴联动位置伺服系统并 用在一台数控刨齿机上,加工了一批异形锥 图l两轴联动工作台 2两轴联动位置伺服系统的结构 根据齿轮的几何参数预先计算B轴,c 轴所经过的位置点,这些数据点分别是B 轴,c轴的指令节点位置.将指令节点位置 输入到两轴联动控制系统中(见图2),从装 在电机输出轴上的光电编码器得到位置反 馈,并经过差分处理得到近似速率反馈_1J, 构成半闭环控制.B轴电机和c轴电机到 工作台上的两个旋转轴之间的机械传动机构 均经过精密消蹿,且具有足够的刚度.本系 图2两轴控制系统 1999年第6 统采用主频为66MHz的486微机作为主控 制器,D/A转换均为l2位,B轴承受较大的 惯性力和切削力,其伺服驱动系统采用驱动 功率较大的外购件(北京数控设备厂的 FANUC-BESK15型直流伺服电机及A06B一 6054一H005伺服驱动模块).C轴主要分度 齿坯,驱动的惯量较小,承受较小的切削力, 采用自行开发的小型直流伺服模块.硬件构 成了必要的物质环境,系统的各种控制功能 是通过软件编程来完成的. 3控制软件的设计 数字控制器采用带有前馈的PID控制 器,控制律如下: S删=k(P0一dP)+kr(P1一 一 P0一)±△(1) 式中s——根据位置差计算出的速度值 k,kF——比例增益系数和前馈增益 系数 PD一——当前指令位置 P.一——下一个采样时刻的指令 位置 P——当前实际位置 △——考虑到伺服放大器的死医特性, 为了改善系统的灵敏度和线性度而增加(当 sgt;0时)或减小(当slt;0时)的一个 阶跃值,而且△必须小于单侧死医宽度,如 图3所示,图中y为伺服放大器的输出. 整定kkF的值,使两轴在工作转速范 围内的稳态跟踪误差均小于允许误差,整定 结果如表1(在经过标度转换后,以脉冲数为 度量单位的情况下). 裹1拉捌器参数 转速范围最大稳志谋差 ^P {r,nfin)(脉冲鼓) 日轴1.581.150～3510 c轴11.61400～4030 日轴脉冲当量:=丽丽300=003.(编码器3000 钱/转.带有婿悟频器) —— 有△补偿, —— 无△补偿 ./// ∥L_垒一 图3死区特性的改善 c轴脒冲当量:0.0225(编码器4000 线/转,带有四倍频器) 考虑到电机到工作台的减速比,以上跟 踪误差已经达到要求精度,上述的位置控制 程序放在定时中断服务程序中,每隔采样周 期8ms执行一次,当主程序开始运行后,位 控程序始终在后台反复执行,这样就保证了 实际位置总在一定的精度范围内跟踪指令位 置.所以当控制器参数整定完毕后,以后的 主要工作是如何规划指令位置,以满足运动 控制的要求.下面分析控制软件的其它部 分. 3.1两轴联动的协调 两轴协调配合,同步地到达各自规定的 指令位置,才能展成正确的齿形.这个功能 主要是由位置控制中断服务程序完成的.主 程序首先将预先计算