一种基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法，转台控制伺服驱动器对上位装置发送的指令进行解析，生成到达目标转位角度所需最短转位位移及运动方向；通过速度曲线规划算法，计算出每个位置环周期的位置插补值，并将每个位置环周期的位置插补值传递到转台控制伺服驱动器的位置环模块，进行位置闭环控制，控制转台转位；转台转位到目标位置后，采用转位完成积分算法，确定转台的定位状态。本发明专利技术在保证转位执行效率的前提下，最大程度的降低了机械启停冲击，消除了小惯量电机带动大惯量负载在启停过程中产生过流的现象，在保证设备的利用率的同时延长了设备的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法
本专利技术涉及转台控制
，具体地说是一种基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法。
技术介绍
数控转台隶属于数控机床的关键功能部件，其主要应用于加工中心及数控镗铣床方向，为机床提供回转坐标，从而实现等分、不等分或连续的回转加工，使客户加工复杂曲面变成可能，扩大了机床的加工范围。但由于国内的数控转台发展起步较晚，以致国内的数控转台产品较国外的产品具有一定的差距，国内更鲜有针对转台控制的成熟的专用型产品，目前流行的转台控制方案是基于通用的伺服驱动器，利用数控系统计算目标角度和当前角度的差值，并将差值转换成脉冲指令，以发送脉冲指令的形式指导伺服驱动器带动伺服电机运行，以实现转台转位的目的。上述控制方案的不足之处在于：上位装置对于转台等旋转轴的运动控制与直线轴的控制方式一致，并没有进行最短转位路径的规划，从而导致在某些场合，其实际的转位位移长于理想的转位位移(例如转位到目标角度需要转台顺时针转动1/4圈，但按直线轴的控制方式，就会变成逆时针转位3/4圈)，无形中延长了转位运行的时间，降低了加工效率，同时也造成了电力资源的浪费；上位装置对于转台转位完成与否的判定依据是接收到的伺服驱动器定位完成信号是否有效，而伺服驱动器在某些情况(例如参数设置不合理或者伺服电机与负载惯量不匹配等)下在定位过程中会产生震荡，但定位完成信号仍然会上报给上位装置，此时如果上位装置判定转位动作完成，启动工件加工流程，则会造成工件的过切现象。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法，包括以下步骤：步骤1：转台控制伺服驱动器对上位装置发送的指令进行解析，生成到达目标转位角度所需最短转位位移及运动方向；步骤2：通过速度曲线规划算法，计算出每个位置环周期的位置插补值，并将每个位置环周期的位置插补值传递到转台控制伺服驱动器的位置环模块，进行位置闭环控制，控制转台转位；步骤3：转台转位到目标位置后，采用转位完成积分算法，确定转台的定位状态。所述转台控制伺服驱动器与上位装置通过RS-485串行总线以MODBUS协议为通信协议建立通信，接收上位装置发送的指令。所述生成到达目标转位角度所需最短转位位移及运动方向，包括：步骤1.1：将目标角度AngleGoal与转台当前角度AngleCur作差，得到原始角度偏差值AngleErr；步骤1.2：判断AngleErr与180的关系，如果AngleErr＞180，则AngleErr'＝AngleErr-360；如果AngleErr＜-180，则AngleErr'＝AngleErr+360；其它情况，AngleErr'＝AngleErr，其中AngleErr'为修正后的角度偏差值；步骤1.3：根据UnitLine＝EncoderLine×m÷360及S＝AngleErr'×UnitLine计算出最短转位位移，其中EncoderLine为伺服电机绝对值编码器单圈计数值，m为转台机械减速比，S为最短转位位移，S的正负代表伺服电机的旋转方向，即S为正，伺服电机正向旋转，S为负，伺服电机反向旋转。所述通过速度曲线规划算法，包括：步骤2.1：根据预设最大速度、加速度、减速度参数，建立转位运动过程中速度随时间变化的加减速曲线的速度曲线规划模型；步骤2.2：将实际转位位移值与速度曲线规划模型对应，得到任意时刻的速度和位移值，计算出每个位置周期的位置插补值。所述加减速曲线包括加速段、匀速段、减速段三段曲线。所述将实际转位位移值与速度曲线规划模型对应，包括：计算出加减速曲线包含匀速段所需的最小位移，并将实际转位位移与该最小位移进行比较：当实际转位位移大于该最小位移时，整个运动轨迹能够出现匀速过程；当实际转位位移等于该最小位移时，转位运动过程中能够到达预设最大速度，但不会出现匀速过程；当实际转位位移小于该最小位移时，转位运动过程在达不到预设最大速度时，就进行减速。所述速度曲线规划模型为：其中，V(t)为转台在转位过程中任意时刻的速度，S(t)为转台在转位过程中任意时刻的位移，Vs为转位起始速度，aA为转位过程加速度，aD为转位过程减速度，TA为转位过程加速段时间，TU为转位过程匀速段时间，TD为转位过程减速段时间，Vmax为转台在转位过程中的最大速度限值，t为转位时间。所述转位完成积分算法，包括：步骤3.1：判断位置偏差计数值PosLpErr与转位完成允差DestErr的关系：若|PosLpErr|≤DestErr，则PosArrive＝PosArrive'+1，PosArrive'＝PosArrive；若|PosLpErr|＞DestErr，则PosArrive＝PosArrive'-1，PosArrive'＝PosArrive；若PosArrive＜0，则PosArrive＝0，PosArrive'＝0；其中PosArrive为修正后的转位完成积分值，PosArrive’为原始转位完成积分值；步骤3.2：判断转位完成积分值PosArrive与转位完成积分上限值PosArriveLimt的关系：若PosArrive≥PosArriveLimt，则向上位装置发送转位完成响应；若PosArrive＜PosArriveLimt，则向上位装置发送转位中响应。在转位运动过程中，若编码器位置信息出现越界情况，采用位置信息越界修正算法对基准角度信息实时修正。所述位置信息越界修正算法，包括：步骤4.1：转台控制伺服驱动器读取电机当前绝对位置PosCur，并与上一执行周期的伺服电机绝对位置作差得到差值PosErr，判断PosErr与电机编码器绝对位置最大值的四分之一PosAqua的关系：若PosErr＞PosAqua，则PosCurBuf＝PosCur-PosMax；若PosErr＜-PosAqua，则PosCurBuf＝PosCur+PosMax；其中，PosCurBuf为电机当前位置信息修正值，PosMax为电机编码器绝对位置最大值；步骤4.2：修正基准角度信息，计算公式如下：PosErrBuf＝(PosCurBuf-PosBase)mod(EncoderLine×m)，PosBase＝PosCur-PosErrBuf若PosBase＞PosMax，则PosBase'＝PosBase-PosMax；若PosBase＜0，则PosBase'＝PosBase+PosMax；PosBase＝PosBase′；其中，PosBase为修正前的基准角度信息，PosBase’为修正后的基准角度信息，PosErrBuf为伺服电机当前位置与基准角度信息之差，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：转台控制伺服驱动器对上位装置发送的指令进行解析，生成到达目标转位角度所需最短转位位移及运动方向；/n步骤2：通过速度曲线规划算法，计算出每个位置环周期的位置插补值，并将每个位置环周期的位置插补值传递到转台控制伺服驱动器的位置环模块，进行位置闭环控制，控制转台转位；/n步骤3：转台转位到目标位置后，采用转位完成积分算法，确定转台的定位状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：转台控制伺服驱动器对上位装置发送的指令进行解析，生成到达目标转位角度所需最短转位位移及运动方向；
步骤2：通过速度曲线规划算法，计算出每个位置环周期的位置插补值，并将每个位置环周期的位置插补值传递到转台控制伺服驱动器的位置环模块，进行位置闭环控制，控制转台转位；
步骤3：转台转位到目标位置后，采用转位完成积分算法，确定转台的定位状态。


2.根据权利要求1所述的基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法，其特征在于：所述转台控制伺服驱动器与上位装置通过RS-485串行总线以MODBUS协议为通信协议建立通信，接收上位装置发送的指令。


3.根据权利要求1所述的基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法，其特征在于：所述生成到达目标转位角度所需最短转位位移及运动方向，包括：
步骤1.1：将目标角度AngleGoal与转台当前角度AngleCur作差，得到原始角度偏差值AngleErr；
步骤1.2：判断AngleErr与180的关系，如果AngleErr＞180，则AngleErr'＝AngleErr-360；如果AngleErr＜-180，则AngleErr'＝AngleErr+360；其它情况，AngleErr'＝AngleErr，其中AngleErr'为修正后的角度偏差值；
步骤1.3：根据UnitLine＝EncoderLine×m÷360及S＝AngleErr'×UnitLine计算出最短转位位移，其中EncoderLine为伺服电机绝对值编码器单圈计数值，m为转台机械减速比，S为最短转位位移，S的正负代表伺服电机的旋转方向，即S为正，伺服电机正向旋转，S为负，伺服电机反向旋转。


4.根据权利要求1所述的基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法，其特征在于：所述通过速度曲线规划算法，包括：
步骤2.1：根据预设最大速度、加速度、减速度参数，建立转位运动过程中速度随时间变化的加减速曲线的速度曲线规划模型；
步骤2.2：将实际转位位移值与速度曲线规划模型对应，得到任意时刻的速度和位移值，计算出每个位置周期的位置插补值。


5.根据权利要求4所述的基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法，其特征在于：所述加减速曲线包括加速段、匀速段、减速段三段曲线。


6.根据权利要求4或5所述的基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法，其特征在于：所述将实际转位位移值与速度曲线规划模型对应，包括：
计算出加减速曲线包含匀速段所需的最小位移，并将实际转位位移与该最小位移进行比较：
当实际转位位移大于该最小位移时，整个运动轨迹能够出现匀速过程；
当实际转位位移等于该最小位移时，转位运动过程中能够到达预设最大速度，但不会出现匀速过程；
当实际转位位移小于该最小位移时，转位运动过程在达不到预设最大速度时，就进行减速。


7.根据权利要求4所述的基于转台控制的伺服驱动器的优化控制方法，其特征在于：所述速度曲线规划模型为：

【专利技术属性】
技术研发人员：韩洋洋，王广宇，任为友，陈猛，刘洋，孙宇，代兵，
申请(专利权)人：沈阳高精数控智能技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21