總線式伺服雙軸同步控制方法技術

本發明專利技術涉及一種總線式伺服雙軸同步控制方法，包括以下部分：采用總線式控制系統結構，將兩個需要同步的伺服軸分別設置為主動伺服軸和從動伺服軸；從動伺服軸通過現場總線獲取CNC的位置指令與主動伺服軸的位置反饋信息；從動伺服軸利用內部建立的同步控制器對從動軸進行同步誤差控制。本發明專利技術的伺服雙軸同步控制方法實時性高和控制精度高，結構簡單，便于擴展，在數控系統中易于實現，方便升級，成本低。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機數字控制的雙軸同步控制技術，具體地說是一種。
技術介紹
隨著數控技術的推廣，大型數控設備被廣泛地用于各種機械加工領域以滿足一些體積較大、精度較高、生產周期要求短的工件的加工需求。在這些大型的龍門式和橋式數控設備的機床控制中，雙軸同步驅動技術已成為一種常見的控制方法，如動梁式龍門銑床的橫梁升降控制，龍門框架移動式加工中心的龍門框架移動控制等。雖然在這些情況下，可以采用一臺電機通過傳動鏈將運動分配到同步運動軸的方案，但存在傳動鏈較長、傳動機構復雜、間隙誤差大且無法補償，以及維護困難等問題。因此，采用兩個電機同步驅動運動機構的兩邊，已成為當前解決機床中同步控制問題具有代表性的方案。所謂雙軸同步驅動，就是一個坐標的運動指令能夠驅動兩個電機同時運行，通過對這兩個電機移動量的檢測，將位移偏差反饋到數控系統獲得同步誤差補償，其目的是將主、從兩個電機之間的位移偏差量控制在一個允許的范圍內。從整體結構來看就是采用雙電機、雙檢測的同步進給驅動系統。近年來，雙軸同步驅動技術在數控機床中的應用越來越成為業界的熱點。從已經具備雙軸同步控制功能的控制系統來看，同步控制功能均由數控系統提供，如目前市場上廣泛使用的高檔數控系統，西門子840D提供了龍門軸功能，FANUC-ISi數控系統提供了簡易同步控制軸功能等。同步控制功能由數控系統實現，雖然解決了同步軸控制問題，同時也帶來很多弊端，如增加了數控系統的負擔，接口復雜，難于擴展為多軸同步功能等。隨著數字通訊技術的發展，現場總線技術已經成功地引入到控制領域，成為各功能模塊如計算機控制器(Computer Numerical Controller，CNC)、伺服驅動器等之間進行數據交換的手段。 現場總線有抗干擾、通訊靈活、易聯接、成本低等諸多優點，是未來的發展趨勢。目前也已形成多種總線相互競爭的態勢。現場總線的使用及DSP技術的發展，都要求與控制相關的功能下移到伺服中實現，以充分地利用伺服的控制優勢，提高控制的響應頻率和控制性能。因此研究基于現場總線的同步軸控制功能符合數控技術的發展趨勢。而目前能夠滿足上述要求的及實現裝置尚未見報道。
技術實現思路
針對現有雙軸同步控制技術中數控系統負擔過重、擴展困難、同步控制精度低等的不足之處，本專利技術要解決的問題是提供一種。本專利技術通過改進現場總線通信功能，使其支持分布共享通信；將兩個伺服軸分別設為主動伺服軸和從動伺服軸；在從動伺服軸中增加同步控制器，以控制主、從動伺服間的同步誤差。基于此方法，本專利技術采用高精的伺服平臺開發雙軸同步控制實現裝置，以實現數控機床中雙軸同步驅動的高精度控制。為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案是本專利技術總線式雙軸伺服同步控制方法包括以下步驟采用總線式控制系統結構，將兩個需要同步的伺服軸分別設置為主動伺服軸和從動伺服軸；從動伺服軸通過現場總線獲取CNC的位置指令與主動伺服軸的位置反饋信息；從動伺服軸利用上述獲得的指令與反饋信息，在內部建立同步控制器，利用同步控制器對從動軸進行同步誤差控制。主動軸與從動軸設置方式為通過伺服驅動器軟件實現同步控制中兩種伺服的功能設置，主動軸即為普通的位置伺服控制系統，從動軸除了實現普通的位置伺服控制系統外，還要有兩方面的功能一是監視總線，獲取主動軸的位置給定和反饋信息；二是同步控制功能。從動軸信息獲取方式為通過現場總線的旁聽從站功能和信息共享功能的支持， 從動軸從現場總線上獲取CNC發送給主動軸的位置指令和從動軸的位置反饋數據；以主動軸的位置指令與從動軸的位置反饋數據的偏差作為同步控制器的輸入。現場總線旁聽功能為在常規的現場總線中，主站與每個從站建立連接，在與從站進行實時通訊的同時，監視從站的運行狀態。信息共享功能為CNC和伺服驅動器掛接到現場總線上，通過現場總線實現數據共享，總線上傳輸的數據在每個設備都有相同的拷貝。同步控制器的設置過程為以主動軸和從動軸的同步位置偏差作為輸入，建立一個單輸入單輸出的控制系統作為同步控制器，在主動軸和從動軸的相對位置上形成一個閉環控制，其輸出作為一種補償附加到從動軸伺服位置指令上。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果及優點1.系統結構簡單，便于擴展?；诂F場總線的控制系統結構，只要再增加從動伺服軸，即可將雙軸同步控制擴展成多軸同步控制，對CNC沒有特殊要求。2.實時性高。傳統控制的同步控制器在CNC中實現，CNC的運算量增大，實時性差。而伺服的控制響應頻率高，控制周期能小，實時性高。3.控制精度高。同步控制器在CNC中實現，不易于使用復雜的控制算法，一般采用的方法是對算法做近似來簡化運算。但近似不可避免帶來計算的誤差，所以控制效果要受到影響。附圖說明圖1為本專利技術方法中基于現場總線的數控系統結構示意圖；圖2為本專利技術方法同步通訊原理圖；圖3為本專利技術方法中主從式雙軸同步控制圖；圖4為本專利技術方法中基于現場總線的雙軸同步控制圖；圖5本專利技術方法中從動軸伺服信息獲取示意圖；圖6本專利技術方法中現場總線的信息分布共享示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。本專利技術的伺服雙軸同步控制采用的是基于現場總線的數控系統結構，控制系統結構如圖1所示。系統中的功能模塊主要有計算機數字控制器(CNC)、主軸變頻器、伺服驅動器、數字量輸入/輸出單元(I/O)等。在此控制系統中現場總線的主設備以板卡的形式插入CNC，從設備一般直接在伺服驅動器的硬件板上實現。上位裝置的命令通過現場總線發給指定的伺服驅動器或I/O ；伺服驅動器或I/O的響應也通過現場總線傳給CNC。本專利技術中使用的現場總線應該具備同步通信能力，其通信原理如圖2所示?？偩€上包含兩種設備(主設備和從設備)，在通信周期的開始，主設備在總線上發送同步幀，所有總線上的設備，在同步幀后某一確定時刻，產生同步中斷，兩個中斷之間的時間即為通訊周期，此周期也為上位裝置給伺服發送命令和接收響應的控制周期。在同步中斷產生后， 上位裝置會逐個給從設備發送命令(圖中命令1、命令2...)，并接收從設備響應(圖中應答1、應答2...)。所有從設備在同步中斷產生后，同時將命令送給伺服，并鎖定伺服的響應。在加工過程中，控制器將曲線的插補位置點分別發送給各進給軸的伺服驅動器，同時將各進給軸的位置鎖定并上傳到控制器。插補位置命令和進給軸的位置反饋要滿足同步實時 (第三類實時，通信周期小于1ms，同步抖動小于Ius)的要求。本專利技術采用交流伺服驅動裝置的數控機床，其雙軸運動同步控制的結構如圖3所示。基本工作原理是將兩個同方向運動的進給軸，一個設定為主動軸，另一個設定為從動軸，由一個伺服驅動器、一個伺服電動機、一個位置反饋裝置及CNC位置控制單元組成主動軸伺服運動控制回路，同時由另一個伺服驅動器、另一個伺服電動機、另一個位置反饋裝置及CNC位置控制單元組成從動軸伺服運動控制回路。CNC的位置控制單元同時向主動軸及從動軸的伺服控制回路發出位置伺服運動指令。兩個位置反饋裝置的反饋信號除了送回各自的伺服驅動器比較環，還送入CNC內部的一個數字比較器進行差值比較，該差值送入從動軸伺服控制回路的輸入端，與CNC位置控制單元發來的位置伺服指令進行比較。兩個位置反饋裝置的反饋信號差值就是主動軸與從動軸的同步誤差。差值為零時，表明兩個軸的位置完全同步本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王志成，何平，孫宇，王廣宇，劉洋，陳猛，
申請(專利權)人：沈陽高精數控技術有限公司，
類型：發明
國別省市：