精密絲杠磨削加工誤差智能控制補償方法研究

1、精細絲杠磨削加工誤差智能控制補償方法研究摘要：分析了精細絲杠磨削過程中螺距誤差的變化規(guī)律；提出了一種改良算法的智能pid補償控制方法，采用“四點中心差分法對數(shù)據(jù)進展平滑處理；給出了一種能跟蹤誤差變化規(guī)律，實時修正pid參數(shù)的智能控制規(guī)那么以及這種改良算法的程序實現(xiàn)框圖。關鍵詞：精細絲杠;誤差;pid控制;智能補償1引言滾珠絲杠作為高效、精細傳動部件在數(shù)控機床和各種自動化設備上得到廣泛應用。由于影響絲杠加工精度的因素極其繁多和復雜，給精細絲杠的加工帶來了困難，如何采用有效的補償控制方法來進步其加工精度歷來是精細絲杠磨削加工中一個重要的研究課題。在補償控制方法中，時間序列預報補償方法雖然能對誤差進

2、展建模并預報，然而由于建模時間長而影響補償精度。模糊自學習補償控制方法對絲杠短周期誤差進展補償研究，獲得了較好的效果。但其中模糊控制規(guī)那么等是建立在對誤差規(guī)律的先驗知識及經(jīng)歷積累之上的，難免具有片面性和局限性，影響控制效果，其次目的函數(shù)的建立及其自尋優(yōu)方法的實現(xiàn)都需要較復雜的計算，這對消費環(huán)境下實時性要求較高的場合有一定的難度。離散勒讓德多項式序列預報補償方法能有效地克制機械系統(tǒng)的慣性滯后，使機床傳動鏈誤差得到較好的補償。但這種方法的補償精度受到計算方法的外推正確性和計算實時性影響。目前大多數(shù)工業(yè)過程仍采用pid控制方法，因為這種簡捷易行的控制方法能滿足多數(shù)工業(yè)過程的控制需要。針對實際被控對象

3、的特點，將智能控制技術與傳統(tǒng)的pid控制技術進展有效地結合，互相取長補短，是一種簡單實用的控制方法。2pid控制算法根本原理及其智能改良21pid調(diào)節(jié)器的數(shù)學模型及其控制算法pid控制的根本規(guī)律是:調(diào)節(jié)器的輸出量u(t)與輸入量e(t)、輸入量的積分ebedequatin.3、輸入量的微分ebedequatin.3的三個分量的和成比例。其表達式為：ebedequatin.31式中，ebedequatin.3為比例系數(shù)；ebedequatin.3為積分時間常數(shù)；ebedequatin.3為微分時間常數(shù)。對1式離散化可得到離散的數(shù)字式pid算法：ebedequatin.32式中ebedequati

4、n.3為采樣周期。數(shù)字pid調(diào)節(jié)框圖如圖1所示。22克制隨機誤差干擾的不完全微分pid控制pid調(diào)節(jié)器中的微分作用容易引進高頻干擾。當干擾信號的頻率很大時，即使信號的幅值很小，經(jīng)微分后，由于頻率的作用，也會使微分量的幅值變得很大。為抑制高頻干擾，可在數(shù)字調(diào)節(jié)器中串接一個低通濾波器，如圖2所示。圖中，ebedequatin.3對應的數(shù)字算式為：ebedequatin.34)式中，ebedequatin.3,ebedequatin.3，ebedequatin.3為濾波系數(shù)，ebedequatin.3愈大，帶寬愈窄。實際中，由于測量系統(tǒng)的誤差及機械系統(tǒng)的振動等使誤差信號中含有大量的噪聲干擾信號，而數(shù)

5、字pid算法中的差分和二階差分對這種噪聲干擾特別敏感。為此我們針對調(diào)節(jié)器中的微分項進展平滑數(shù)據(jù)處理，對輸入進展濾波。如圖3所示，采用“四點中心差分法來減小微分項對干擾的敏感度。這種方法就是用如今和過去四個采樣點的偏向平均值來代替現(xiàn)實偏向進展差分運算。ebedequatin.3(5)ebedequatin.3整理后得：ebedequatin.3(6)以ebedequatin.3代替4式中的差分項ebedequatin.3，可得修改后的數(shù)字pid算法：ebedequatin.3(7)23誤差前饋補償控制根據(jù)精細絲杠加工工藝特點，考慮實際補償中機械滯后對補償結果的影響，引入一種誤差前饋補償控制方法。

6、將該誤差反應到輸入端，即相當于輸入信號rs經(jīng)傳遞函數(shù)ebedequatin.3加到輸入端，形成新的具有前饋補償功能的系統(tǒng)，其模型如圖4所示。新系統(tǒng)的誤差為：ebedequatin.38系統(tǒng)改良后，新系統(tǒng)的幅頻特性得到進步，相位滯后減小，能有效地解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制局精度之間的矛盾，系統(tǒng)的動態(tài)特性得到明顯改善。3實時修正pid參數(shù)的智能控制規(guī)那么根據(jù)絲杠磨削時螺距誤差變化特征和對實際補償效果進展分析，我們發(fā)現(xiàn)影響補償效果的一個重要因素即比例系數(shù)ebedequatin.3的合理選齲ebedequatin.3過大，容易造成校正過量，ebedequatin.3過小造成校正缺乏。為此我們引入一變量:e

7、bedequatin.39即為當前誤差e(k)的符號和誤差變化ebedequatin.3的符號之積。假設螺距誤差曲線如圖5所示，當誤差為b處時，誤差為正而誤差變化率為負，為負值，說明誤差正朝著誤差減小的方向變化，即曲線逼近零軸線，此時應適當減小ebedequatin.3值；當誤差在處時，誤差和誤差變化率皆為正，為正值，說明誤差正朝著誤差增大的方向變化，即曲線遠離零軸線，此時應適當增大ebedequatin.3。引入調(diào)整因子ebedequatin.3，調(diào)整后比例系數(shù)為ebedequatin.3，那么有：ebedequatin.3；式中ebedequatin.310利用計算機很容易實現(xiàn)符號識別，從

8、而比照例系數(shù)ebedequatin.3進展實時修正。另外在絲杠磨削補償控制中，由于外界一些偶爾因素的干擾如信號喪失、機械振動、電磁干擾等會造成測量誤差突跳，我們稱之為測量“野點。當“野點出現(xiàn)時必須采取相應措施，否那么容易造成較大的補償誤差，甚至“扎刀形成廢品。剔除“野點的方法也很簡單，我們根據(jù)實測誤差曲線和采樣周期，對誤差值分別設置上、下限，當誤差超過界限時，控制量不再由誤差值決定，取為一常值，即：ebedequatin.311ebedequatin.3為設定的誤差界限。4絲杠加工誤差規(guī)律分析及其補償控制方法實現(xiàn)理想的工作臺位移ebedequatin.3如圖6中實線所示，ebedequatin

9、.3,p為被加工絲杠螺距，ebedequatin.3為對應轉角，實際位移如圖中虛線所示。在采樣點k處，對應工作臺位移誤差ek，在區(qū)間xk,xk+1內(nèi)，機床本身新產(chǎn)生的誤差以及按照誤差ek補償后在(k+1)處仍有誤差ek+1。該誤差作為下一個區(qū)間xk+1,xk+2補償根據(jù)。這說明補償動作總是滯后于誤差的產(chǎn)生。較理想的修正方法是在區(qū)間xk,xk+1內(nèi)將誤差ek+1補償?shù)舳皇窃趨^(qū)間xk+1,xk+2內(nèi)進展補償。根據(jù)絲杠磨削工藝要求，精磨削時為了減少工件的熱變形和力變形等因素的影響，進步磨削精度，一般需要分2-3次進展磨削。每一次磨削時除了磨削深度不同外,其它的機床運動參數(shù)根本是一樣的，測量、控制系

10、統(tǒng)等條件也是一樣的，在這種前提下我們認為誤差規(guī)律具有重復性。因此，基于前述誤差前饋補償控制方法的分析，我們在實際補償中，采用一種新的“重復修正誤差方法。其方法是：在第一次磨削完后，將各采樣點對應的誤差e1k(k=0,1n,n為采樣點數(shù))進展保存，保存時將序號向前移一次，即：ebedequatin.3(12)該保存值作為下一次磨削補償時的修正值。在進展第二次磨削補償時，將對應點的誤差e2k和修正值ebedequatin.3求和作為新的補償值ebedequatin.3，即：ebedequatin.3(13)也就是說當?shù)诙文ハ餮a償時，在采樣點k處參見圖6，補償誤差ebedequatin.3包括本次測得誤差ebedequatin.3和前一次在區(qū)間xk,xk+1內(nèi)補償后剩余誤差ebedequatin.3即ebedequatin.3。同樣，將第二次磨削后誤差值序號前移一次生成