一種基于位置給定的數控系統控制方法技術方案

本發明專利技術提供一種基于位置給定的數控系統控制方法，位置指令脈沖信號通過正交信號編碼器對其進行正交編碼，使傳輸頻率降低四倍，再經電機驅動裝置對正交編碼信號進行解碼，即進行四倍頻處理后使正交編碼信號還原，將還原后的位置指令信號傳輸給計算模塊；再根據總線絕對值編碼器獲取的電機相關信息，進行各種控制及運算得出電機的控制信號；對電機進行精確的位置及速度控制。本發明專利技術可以在較高的加工速度下使數控裝置實現1微米以下的控制精度，同時電機編碼器反饋采用總線式絕對值編碼器可以大幅提高其檢測精度，真正實現高速高精度加工。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術提供，位置指令脈沖信號通過正交信號編碼器對其進行正交編碼，使傳輸頻率降低四倍，再經電機驅動裝置對正交編碼信號進行解碼，即進行四倍頻處理后使正交編碼信號還原，將還原后的位置指令信號傳輸給計算模塊；再根據總線絕對值編碼器獲取的電機相關信息，進行各種控制及運算得出電機的控制信號；對電機進行精確的位置及速度控制。本專利技術可以在較高的加工速度下使數控裝置實現1微米以下的控制精度，同時電機編碼器反饋采用總線式絕對值編碼器可以大幅提高其檢測精度，真正實現高速高精度加工。【專利說明】
本專利技術涉及，特別是采用正交編碼信號做為數控裝置位置指令給定和采用總線協議的絕對值編碼器做為電機編碼器反饋的數控系統控制方法。
技術介紹
隨著社會發展對先進制造業需求越發廣泛，特別以數控加工為代表的先進制造技術取得迅猛發展，數控系統每年以20%的速度增長，數控系統的國產化普及率也越發提高，但由于國內的數控技術起步和發展都比較晚，其可靠性及加工精度無法與國外產品相媲美，只能滿足中等精度以下的加工，其主要原因有控制軟件和控制算法不夠先進，同時受制于數控系統位置指令給定方案的限制，目前數控系統位置指令給定主流方案有三種，第一種采用模擬量加各種分辨率的電機編碼器反饋做為數控裝置的位置指令給定，此種方案的缺點是模擬量在現場極易受到干擾，容易產生零飄，也不適宜長距離傳輸，因此絕大多數廠商在新的設計中不再采用此種方案，第二種采用工業現場總線做為數控裝置的位置指令給定，采用20bit或17bit的絕對值編碼器做為電機編碼器反饋，此種方案國外廠商采用較多，但由于其技術難度大，生產成本高昂，在國產數控系統中并沒有形成主流，第三種采用高速脈沖串做為數控裝置的位置指令給定，采用2500至8192線脈沖增量式編碼器做為電機編碼器反饋，此種方案應用簡單，成本低廉，被大量國內數控系統廠商采用，此種方案通常有兩種控制方式: 圖1、2為脈沖信號加方向信號控制的典型應用電路及其傳輸的位置脈沖指令波形，每一個脈沖代表數控裝置的一個位置進給當量，所以脈沖頻率的高低決定了其位置進給速度的快慢，方向信號的電平高低決定其進給方向。圖3、4、5為雙脈沖控制方式的典型應用電路即其傳輸的脈沖位置指令波形，同樣每一個脈沖代表數控裝置的一個位置進給當量，脈沖頻率的高低決定了其位置進給速度的快慢，進給方向則由正轉信號或反轉信號決定。以上兩種實現方式都有共同的缺點:(1)在此種方案下，要想實現高速高精度的加工，需要更高頻率的位置脈沖，但受制與長線傳輸位置脈沖頻率不能太高，大多在500K頻率以下傳輸，因此在滿足較高加工速度下要實現I微米以下的控制精度很難實現(因為其傳輸頻率必然遠大于500K)，如上電路實現方案，超過500K頻率尤其1000K頻率以上時容易造成傳輸不穩定，形成多脈沖或少脈沖的現象，造成加工尺寸不準。(2)同時要想實現高速高精度的加工，還需滿足更高分辨率的編碼器，脈沖增量型的編碼器分辨率很難達到8192線以上，并且高分辨率的脈沖增量型編碼器的傳輸頻率也會很高,高頻率下傳輸其可靠性不好，容易受到干擾。(3)負載不均衡，脈沖加方向控制方式中，傳輸脈沖信號的信號通道負擔很重，傳輸方向信號的信號通道負擔很輕，雙脈沖控制方式中，始終只有其中一路信號通道有效，另一路信號通道空閑，造成負載不均和資源的浪費。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的目的在于提供一種采用正交編碼信號做為數控系統位置指令給定和采用總線協議的絕對值編碼器做為電機編碼器反饋的數控系統控制方法，本專利技術應用簡單，成本低廉。本專利技術所提供的基于位置給定的數控系統控制方法，包括以下步驟: (1)插補器對接收到的位置及速度信號插補出表示數控系統位置及速度的高速脈沖串; (2)正交信號編碼器對接收到的高速脈沖串進行正交編碼，形成正交編碼信號，所述正交編碼信號經差分發送器件輸出至差分接收器件； (3)差分接收器件將正交編碼信號傳送給正交信號解碼器，所述正交信號解碼器對正交編碼信號進行解碼，并將解碼后的信號傳送給計算模塊；由總線絕對值編碼器獲取電機當前的位置及速度信息，并發送給計算模塊； (4)計算模塊根據正交信號解碼器輸出的信號，以及電機當前的位置及速度信息進行PID調節，得出電機驅動控制信號； (5)電機驅動裝置根據電機驅動控制信號驅動電機。進一步地，所述總線絕對值編碼器基于BISS總線協議。分辨率可以大幅提高到17bit至24bit,可靠性和數據吞吐量也大幅度改善。進一步地，所述差分發送器件、差分接收器件由RS422芯片差分電路實現。本專利技術所提供的基于位置給定的數控系統控制方法，用正交編碼模式傳輸位置脈沖不存在信號傳輸通道空閑和負載不均衡，編碼不但簡單而且采用編碼后抗干擾能力強不易出錯，與上述第三種主流方案比較目前的國產數控系統主流方案)，可以在同等硬件電路開銷的情況下實現，也即可以在現有第三種方案不改變系統硬件的情況下，通過升級軟件或升級位置指令給定的邏輯設計，輕松實現正交編碼模式傳輸位置指令脈沖，在同樣的信號傳輸頻率下，可以使位置指令脈沖提高四倍，即系統的控制精度提高四倍，同時電機編碼器反饋采用了總線式絕對值編碼器，可以大幅提高檢測精度和其反饋檢測的可靠性，從而可以比較方便地使數控系統實現I微米以下的控制精度，實現高速高精度加工，大大改善工件的表面加工質量。【專利附圖】【附圖說明】圖1為脈沖信號加方向信號作為位置指令給定的數控系統電路圖； 圖2為圖1所述電路傳輸的位置脈沖指令波形圖； 圖3為雙脈沖作為位置指令給定的數控系統電路圖； 圖4為正向位置進給脈沖位置指令波形圖； 圖5為反向位置進給脈沖位置指令波形圖； 圖6為正交編碼信號作為位置指令給定的數控系統電路圖； 圖7為位置指令信號正交編碼波形圖； 圖8為位置指令信號正交編碼正向位置進給波形圖； 圖9為位置指令信號正交編碼反向位置進給波形圖； 圖10為圖8所示信號四倍頻后波形圖； 圖11為BISS總線編碼器反饋波形圖； 圖12為PID調節邏輯圖； 圖13為本專利技術所述方法流程圖。【具體實施方式】如圖12、13所示，本專利技術所提供的基于位置給定的數控系統控制方法，包括以下步驟: (1)插補器對接收到的位置及速度信號插補出表示數控系統位置及速度的高速脈沖串; (2)正交信號編碼器對接收到的高速脈沖串進行正交編碼，形成正交編碼信號，所述正交編碼信號經差分發送器件輸出至差分接收器件； (3)差分接收器件將正交編碼信號傳送給正交信號解碼器，由正交信號解碼器對正交編碼信號進行解碼，并將解碼后的信號傳送給計算模塊；由總線絕對值編碼器獲取電機當前的位置及速度信息，并發送給計算模塊； (4)計算模塊根據正交信號解碼器輸出的信號，以及電機當前的位置及速度信息進行PID調節，得出電機驅動控制信號； (5)電機驅動裝置根據電機驅動控制信號驅動電機。計算模塊可以通過PID控制器實現，由PID控制器根據正交信號解碼器輸出信號及電機當前位置及速度等信息進行位置調節、速度調節以及電流調節等。差分發送器件以及差分接收器件可以由RS422芯片差分電路實現；總線絕對值編碼器為基于BISS總線協議的編碼器。插補器可以采用軟件/硬件插補，即先通過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于位置給定的數控系統控制方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）插補器對接收到的位置及速度信號插補出表示數控系統位置及速度的高速脈沖串；（2）正交信號編碼器對接收到的高速脈沖串進行正交編碼，形成正交編碼信號，所述正交編碼信號經差分發送器件輸出至差分接收器件；（3）差分接收器件將正交編碼信號傳送給正交信號解碼器，所述正交信號解碼器對正交編碼信號進行解碼，并將解碼后的信號傳送給計算模塊；由總線絕對值編碼器獲取電機當前的位置及速度信息，并發送給計算模塊；（4）計算模塊根據正交信號解碼器輸出的信號，以及電機當前的位置及速度信息進行PID調節，得出電機驅動控制信號；（5）電機驅動裝置根據電機驅動控制信號驅動電機。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張華，
申請(專利權)人：南京華興數控技術有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32