一种基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法、设备及存储介质，方法包括：建立双驱进给系统的动力学方程，并进行拉普拉斯变换，以得到双驱进给系统的机械传递函数；建立双轴的Stribeck摩擦模型，对Stribeck摩擦模型进行参数识别，以建立双驱进给系统中移动部件在不同位置时的摩擦模型；采用牛顿插值法对摩擦模型进行求解，以得到双轴摩擦模型函数；根据所述机械传递函数和所述双轴摩擦模型函数，在所述移动部件的移动过程中，对双轴进行摩擦补偿；采用双轴位移检测装置进行定位误差实时反馈，将反馈的误差数据输入到交叉耦合控制器中，以实现双电机的同步。本发明专利技术解决了目前数控设备进给系统的双电机同步控制困难的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法及设备


[0001]本专利技术涉及精密龙门移动式双驱动进给数控装备多电机同步控制
，尤其涉及一种基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]随着现代制造业的快速发展，对数控装备的性能和精度要求不断提高，而进给系统作为影响数控装备加工精度的关键传动部件，对其性能和精度的要求也越来越高。相比于传统单电机+单丝杠驱动的进给系统，由于双驱进给系统刚度高、响应快等优点，其广泛应用于各类高等数控装备中。双驱进给即在运动部件进给方向对称布置双电机配合双滚珠丝杠共同驱动负载的进给方式，双丝杠的对称布置，一定程度上抵消了不平衡负载产生的额外弯矩，使进给系统受力更为合理，大幅提升了进给系统的速度、加速度、刚度以及负载能力，且提高了丝杠的使用年限以及数控装备的加工精度。
[0003]然而，双驱同步进给结构也给双轴的同步控制带来了挑战，在双驱进给系统中不仅要求单轴具备良好的跟踪精度，还必须严格控制双轴之间的同步误差。由于装配精度、负载运动、环境等差异，不可避免引起双轴的不同步；同时两轴之间由于机械连接引入的强耦合关系，使得同步控制变得复杂，若控制不当，过大的轴间同步误差会造成丝杠的不可逆损伤和运动部件的扭转变形，驱动系统失衡，影响加工精度。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，有必要提供一种基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法、设备及存储介质，用以解决目前数控设备进给系统的双电机同步控制困难的问题。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法，包括如下步骤：
[0006]采用牛顿第二定律建立双驱进给系统的动力学方程，并对所述动力学方程进行拉普拉斯变换，以得到双驱进给系统的机械传递函数；
[0007]建立双轴的Stribeck摩擦模型，并对所述Stribeck摩擦模型进行参数识别，以建立双驱进给系统中移动部件在不同位置时的摩擦模型；
[0008]采用牛顿插值法对移动部件在不同位置时的摩擦模型进行求解，以得到双轴在移动部件任意位置下和任意速度下的双轴摩擦模型函数；
[0009]根据所述机械传递函数和所述双轴摩擦模型函数，在所述移动部件的移动过程中，对双轴进行摩擦补偿；
[0010]采用双轴两侧位移检测装置对双轴位移误差进行测量，将检测的双轴误差输入到交叉耦合控制器中，通过交叉耦合控制算法将双轴误差分别分配给双轴，以完成同步控制。
[0011]优选的，所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法中，所述双驱进给系统的动力学方程为：
[0012][0013]其中，其中，F
d1
和F
d2
分别为X1轴和X2轴驱动力，f1和f2分别为X1和X2轴所受摩擦力，f1和f2表示移动部件位置和进给速度的函数，m1和m2分别为横梁和移动部件的质量，O
c
为组合体质心J
c
为组合体绕O
c
的转动惯量，l1为质心O
c
到X1轴距离，l2为质心O
c
到X2轴距离，x
c
为O
c
的位移，θ为横梁移动中因双轴不同步产生绕Z轴旋转的偏转角。
[0014]优选的，所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法中，所述双驱进给系统的机械传递函数为：
[0015][0016][0017][0018]其中，k
e1
和k
e2
为X1轴和X2轴的轴向刚度，x1和x2分别为双轴实际位移，X1和X2表示x1和x2拉普拉斯变换，X
ord
表示电机输出位移，l为移动部件距离X1轴的位置，，c1和c2分别为X1轴与X2轴摩擦力系数。
[0019]优选的，所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法中，所述Stribeck摩擦模型为：
[0020][0021]式中F
f
为摩擦力，F
c
为库伦摩擦力，F
s
为最大静摩擦力，v
s
为Stribeck速度。
[0022]优选的，所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法中，所述对所述Stribeck摩擦模型进行参数识别的步骤具体为：
[0023]获取不同结构不同速度下的摩擦转矩，采用最小二乘法确定所述Stribeck摩擦模
型中待识别的参数初值后，采用遗传算法拟合所述参数初值，以识别出所述Stribeck摩擦模型中的参数。
[0024]优选的，所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法中，所述双轴在移动部件任意位置下和任意速度下的双轴摩擦模型函数分别为：
[0025][0026][0027]其中，T
s1
(l)、T
c1
(l)、v
s1
(l)和B1(l)为X1轴的摩擦模型函数的摩擦模型参数，T
s2
(l)、T
c2
(l)、v
s2
(l)和B2(l)为X2轴的摩擦模型函数的摩擦模型参数。
[0028]优选的，所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法中，所述根据所述机械传递函数和所述双轴摩擦模型函数，在所述移动部件的移动过程中，对双轴进行摩擦补偿的步骤具体为：
[0029]根据所述机械传递函数和所述双轴摩擦模型函数，采用交叉耦合控制的方法得到双环双电机同步控制策略；
[0030]根据所述双环双电机同步控制策略对双轴进行摩擦补偿。
[0031]优选的，所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法中，所述根据所述双环双电机同步控制策略对双轴进行摩擦补偿的步骤具体为：
[0032]当输入移动部件位置指令值和横梁移动位置指令值时，将所述双环双电机同步控制策略导入到数控系统中，进行摩擦补偿并实时精确控制双轴实际位移，其中，数控系统的输入为理想位移值，输出为实际电机位移值。
[0033]第二方面，本专利技术还提供一种基于时变摩擦补偿的双电机同步控制设备，包括：处理器和存储器；
[0034]所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；
[0035]所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法中的步骤。
[0036]第三方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法中的步骤。
[0037]相较于现有技术，本专利技术提供的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法、设备及存储介质，针对双驱进给系统结构特点，考虑横梁上移动部件在移动的过程中造成两轴所受摩擦力的不同，建立不同双驱结构下两轴所受的摩擦模型。另外考虑横梁进给速度对两轴所受的摩擦力影响，最终建立两轴所受摩擦力与移动部件位置和横梁进给速度的关系模型。最终实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法，其特征在于，包括如下步骤：采用牛顿第二定律建立双驱进给系统的动力学方程，并对所述动力学方程进行拉普拉斯变换，以得到双驱进给系统的机械传递函数；建立双轴的Stribeck摩擦模型，并对所述Stribeck摩擦模型进行参数识别，以建立双驱进给系统中移动部件在不同位置时的摩擦模型；采用牛顿插值法对移动部件在不同位置时的摩擦模型进行求解，以得到双轴在移动部件任意位置下和任意速度下的双轴摩擦模型函数；根据所述机械传递函数和所述双轴摩擦模型函数，在所述移动部件的移动过程中，对双轴进行摩擦补偿；采用双轴两侧位移检测装置对双轴位移误差进行测量，将检测的双轴误差输入到交叉耦合控制器中，通过交叉耦合控制算法将双轴误差分别分配给双轴，以完成同步控制。2.根据权利要求1所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法，其特征在于，所述双驱进给系统的动力学方程为：其中，F
d1
和F
d2
分别为X1轴和X2轴驱动力，f1和f2分别为X1和X2轴所受摩擦力，f1和f2表示移动部件位置和进给速度的函数，m1和m2分别为横梁和移动部件的质量，O
c
为组合体质心，J
c
为组合体绕O
c
的转动惯量，l1为质心O
c
到X1轴距离，l2为质心O
c
到X2轴距离，x
c
为O
c
的位移，θ为横梁移动中因双轴不同步产生绕Z轴旋转的偏转角。3.根据权利要求2所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法，其特征在于，所述双驱进给系统的机械传递函数为：械传递函数为：
其中，k
e1
和k
e2
为X1轴和X2轴的轴向刚度，x1和x2分别为双轴实际位移，X1和X2表示x1和x2拉普拉斯变换，X
ord
表示电机输出位移，l为移动部件距离X1轴的位置，，c1和c2分别为X1轴与X2轴摩擦力系数。4.根据权利要求1所述的基于时变摩擦补偿的双电机同步控制方法，其特征在于，所述Stribeck摩擦模型为：式中F
f
为摩擦力，F
c
为库伦摩擦力，F
s
为最大静摩擦力，v
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢红，刘琪，潘恒晨，孟兰奇，刘士杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：