并联／混联机床传感器输入故障的容错纠错方法及其控制装置制造方法及图纸

该发明专利技术属于并联／混联机床传感器输入故障的容错、自动纠错方法及其控制装置。其方法包括：加工运行及检测参数输入，故障判定及故障传感器的容错和自动纠错；其控制装置包括ＰＣ机，闪储器及随机存取存储器，ＦＰＧＡ逻辑运动控制器，数模转换器，伺服驱动器，用于获取反馈信息的传感器。本发明专利技术具有在传感器运行过程中发生突发性故障时可进行在线自维修，实现容错并自动纠错，确保系统正常运行，从而有效提高了并联／混联数控机床运行的效率及安全性和可靠性，避免因传感器出现突发性故障而造成质量或安全性事故等特点。克服了背景技术存在的传感器一旦发生故障，轻则造成位置、速度控制的精度降低，重则发生安全事故等弊病。

Fault tolerant error correction method for sensor input fault of parallel / mixed machine tool and control device thereof

The invention belongs to a fault-tolerant and automatic error correction method for a sensor input fault of a parallel / mixed machine tool and a control device thereof. The method includes: processing operation and detection parameters input, sensor fault judgment and fault tolerance and automatic error correction; the control device comprises a PC machine, flash storage and random access memory, FPGA logic controller, DAC, servo driver, used to obtain the feedback information of the sensor. The present invention has burst breakdown in the sensor operation process can be carried out online self maintenance, fault tolerance and automatic error correction, to ensure the normal operation of the system, so as to effectively improve the parallel / hybrid efficiency and safety and reliability of NC machine tool operation, avoid the sensor characteristics of sudden fault caused by quality or safety accident. Once the fault of the sensor is overcome, the accuracy of the position and speed control is reduced, and the safety accident is happened.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械制造
中的机械加工用数控机床，特别是一种针对并联机床及 混联机床传感器输入故障的容错和自动纠错方法，以及为实现其容错和纠错方法所用控制 装置。
技术介绍
在申请号为200810046309的专利文献中，公开了一种《机械系统可重构的混联机床 及重构和容错纠错方法》，该混联机床在中心腿及各周边腿上均采用两套完全相同的传动 系统，其中一套作为冗余传动系统；当运行中的驱动装置一旦出现突发性故障时，冗余传 动系统自动替换故障传动系统、以确保系统连续、稳定运行，从而克服了单传动系统存在 的缺陷；同时，在中心腿与动平台之间增设一锁定装置、并将原中心腿及各周边腿内采用 的丝杆螺母传动机构改设为齿轮齿条传动机构，当并联闭链机构中无论哪条腿中的传动系 统都出现突发性故障时，以便将其转变成从动腿，从而可实现并联闭链机构的重构。该发 明虽然在并联闭链机构的机械系统出现突发性故障时可进行在线自动维修，避免机床运行 中因突发性故障而造成质量或安全性事故等优点，但却不能克服并联/混联机床在并联闭 链机构运行中当传感器发生故障时存在的问题。要实现对位置、速度的精确控制，就必须 通过高精度的传感器对这些物理量进行检测，将检测结果转换成数字量，反馈给控制器， 通过控制器对这些数据进行处理，处理的结果作为控制量对伺服电机进行控制，从而实现 闭环控制。所以检测用传感器加上反馈环节是伺服电机闭环控制系统的重要组成部分。现 有并联机床/混联机床的位置、速度控制采用PID (比例积分微分)控制，它根据位置、 速度传感器的检测信息形成对位置、速度形成的闭环控制。由于PID控制器本身不具备容 错、数椐重构等功能，在此控制闭环中，如果传感器一旦发生故障，将导致传感器无输出 或输出结果不正确，轻则造成位置、速度控制的精度降低，重则造成并联机床及混联机床 的失控，导致严重的安全事故；因此，现有的并联扩混联机床在运行过程中仍存在缺乏对 传感器故障的容错及自动纠错能力等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
存在的缺陷，研究设计一种并联/混联机床传感器输入 故障的容错纠错方法及其控制装置，以便在传感器出现突发性故障时，通过系统内的切换 和重构实现容错及自动纠错、进行在线自维修，确保其正常运行，从而达到有效提高并联 及混联机床运行的安全性和可靠性，避免因突发性故障造成重大损失等目的。本专利技术的解决方案是针对三自由度1PT+3TPS型并联/混联机床的周边三条腿为驱动 腿，中心腿为从动腿，各驱动腿及从动腿上均安装有传感器，在工作过程中，将由任意两 条周边腿与中心腿的传感器测量值及三条周边腿传感器的测量值组成4组(4选3组合) 检测数据，作为反馈信号输入控制器，用于对机床并联闭链机构的运行状态进行监、控；若反馈信号中有3组数据同时出现异常(即由各组传感器实测值所获取的刀具轨迹值与设 定的刀具运行轨迹值之间的偏差超出设定范围)，表示有一传感器出现故障，则可利用空 间闭链机构约束，由其余三条腿上传感器的检测值间接计算出故障传感器的应测值，并采 用现场可编程门阵列(FPGA)运动控制器中的数据重构单元重新计算得到该故障传感器 的应测值，将该计算值替代故障传感器输出的错误值，而将故障传感器的原检测(异常)值舍弃，从而实现对传感器故障的容错和自动纠错。因此，本专利技术方法包括A. 控制和监测参数信号输入根据待加工工件的形状要求，通过PC机将加工运行参数存入闪储器(FLASH)内，该参数同时经控制器中的插补运算单元处理后将结果送入 PID控制单元用于对伺服电机进行控制；将三条周边腿传感器及中心腿传感器的在线检测 值按4选3的组合方式组成4组反馈参数输入控制器中的计数单元，并将结果一路经缓冲 器输入PID控制单元对伺服电机进行PID控制，另一路在中心控制单元的控制下作为检测值输入随机存取存储器(RAM);以对并联闭链机构的运行状况进行在线控制和监测；B. 故障判定当由A步骤所得4组反馈参数与输入闪储器中对应的运行参数通过检 测与隔离单元进行比较，若有3组参数出现异常时，表示系统中某一传感器发生故障；同时根据当其中某一传感器的检测值均出现在三组反馈参数中，则判定该传感器为故障传感器；C. 故障传感器的容错纠错当由B步骤确定出故障传感器后，通过另一组所属三个传感器的检测值通过控制器中的数据重构单元，计算出故障传感器的应测值，并在检测与 隔离单元的控制下通过缓冲器将故障检测值舍弃，以该应测值替换、用于对故障传感器所 对应的伺服电机进行控制，从而实现对故障传感器的容错和纠错。所述故障传感器包括传感器本身故障或其电路传输故障、或传感器探头因物理障碍所 致异常输出。实现传感器输入故障的容错纠错方法所用的控制装置，包括用于通讯的PC机，控制器，数模转换器，伺服驱动器，用于获取反馈信息的传感器，关键在于其控制装置还包括闪储器(FLASH),随机存取存储器(RAM),而所采用的控制器为现场可编程门阵列(FPGA) 逻辑控制器；PC机与该逻辑控制器内的通讯单元连接，闪存器及随机存取存储器分别与 逻辑控制器的中心的控制单元连接，逻辑控制器内的PID控制单元的输出端与数模转换器 连接、并通过伺服驱动器与伺服电机连接，而传感器则分别与各伺服电机的输出端及逻辑 控制器内的计数单元的输入端连接。上述现场可编程门阵列逻辑控制器内包括中心控制单元，用于通讯的通讯单元，用于 插补计算的插补运算单元，用作PID控制的PID控制单元，用于处理反馈信号的计数单元， 用于将反馈参数与输入闪储器中对应的运行参数进行比较的故障检测与隔离单元、以及将 该故障检测值进行隔离的处理的缓冲单元，用于计算故障传感器应测值的数据重构单元。 而所述传感器为位移传感器或速度传感器、或加速度传感器。本专利技术由于采用现场可编程门阵列逻辑(FPGA)控制器作为对三自由度1PT+3TPS 型并联/混联机床的的运动控制器，利用其具有的并行计算能力和可动态重构的特点，通过将FPGA内部逻辑资源的重新配置，对并联及混联机床运行进行动态监控；当机床传感 器出现故障时，则利用其余正常工作传感器的测量值自动计算出故障传感器的应测值并进 行在线数椐重构，以确保系统正常运行，避免因传感器发生故障带来的严重后果。因而， 本专利技术具有在传感器运行过程中发生突发性故障时，可进行在线自维修，对传感器故障容 错并自动纠错、确保系统正常运行，从而有效提高了并联/混联数控机床运行的效率及安 全性和可靠性，避免机床运行中因传感器出现突发性故障而造成质量或安全性事故等特 点。克服了
技术介绍
存在的如果传感器一旦发生故障，将导致传感器无输出或输出结果不 正确，轻则造成位置、速度控制的精度降低，重则造成并联机床及混联机床的失控而导致 严重的安全事故等弊病。 附图说明图1.为本专利技术控制装置结构示意图(方框图)；图中l. PC机，2.现场可编程门阵列(FPGA)逻辑控制器，3.闪储器(FLASH)， 4.随机存取存储器(RAM)， 5.数模转换器，6.伺服驱动器，7.传感器，8.并联/混联机床， 8-l.伺服电机。图2.为本专利技术具体实施方式并联闭链机构空间座标示意图中A'、 A2、 A3、 01:虎克铰，B" B2、 B3:球铰，L、 12、 13:周边腿移动副，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
并联／混联机床传感器输入故障的容错纠错方法，其方法包括：　Ａ．控制和监测参数信号输入：根据待加工工件的形状要求，通过ＰＣ机将加工运行参数存入闪储器内，该参数同时经控制器中的插补运算单元处理后将结果送入ＰＩＤ控制单元用于对伺服电机进行控制；将三条周边腿传感器及中心腿传感器的在线检测值按４选３的组合方式组成４组反馈参数输入控制器中的计数单元，并将结果一路经缓冲器输入ＰＩＤ控制单元对伺服电机进行ＰＩＤ控制，另一路在中心控制单元的控制下作为检测值输入随机存取存储器；以对并联闭链机构的运行状况进行在线控制和监测；　Ｂ．故障判定：当由Ａ步骤所得４组反馈参数与输入闪储器中对应的运行参数通过检测与隔离单元进行比较，若有３组参数出现异常时，表示系统中某一传感器发生故障；同时根据当其中某一传感器的检测值均出现在三组反馈参数中，则判定该传感器为故障传感器；　Ｃ．故障传感器的容错纠错：当由Ｂ步骤确定出故障传感器后，通过另一组所属三个传感器的检测值通过控制器中的数据重构单元，计算出故障传感器的应测值，并在检测与隔离单元的控制下通过缓冲器将故障检测值舍弃，以该应测值替换、用于对故障传感器所对应的伺服电机进行控制，从而实现对故障传感器的容错和纠错。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范守文，李登静，张小丽，姬鹏升，邵旭光，陈晓东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]