本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控機(jī)床摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)自適應(yīng)配置方法。

背景技術(shù)：

摩擦廣泛存在于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)各種動靜接觸面之間，如導(dǎo)軌面、滾珠絲杠副、支承軸承滾道等，具有非線性時變的特征，由于運動換向過程中，動靜接觸面之間的摩擦力發(fā)生了非線性變化，基于PID控制結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)伺服運動控制器無法對其進(jìn)行有效控制而產(chǎn)生了摩擦誤差，從而不利于運動控制精度的提高。摩擦是引起高速、高精度數(shù)控機(jī)床動態(tài)誤差主要因素之一。

為了補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中由摩擦因素帶來的不利影響，通常采用擾動觀測器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器、重復(fù)控制策略及基于摩擦模型的方法來實現(xiàn)摩擦補(bǔ)償。但上述方法均受到其本身方法的局限性，雖可摩擦補(bǔ)償，但其補(bǔ)償效果不佳。

商用數(shù)控系統(tǒng)采用摩擦補(bǔ)償脈沖前饋方法將補(bǔ)償脈沖加入到伺服運動控制器中來實現(xiàn)摩擦補(bǔ)償。但該方法需要依據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)所處工況及補(bǔ)償效果的要求，設(shè)置精確的摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)：脈沖幅值及其時間。然而，摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)的配置，目前主要依靠調(diào)試人員經(jīng)驗且耗時、費力，無法依據(jù)所處工況實現(xiàn)自適應(yīng)配置并滿足用戶期望的補(bǔ)償效果。

鑒于此，工程中迫切需要一種依據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)所處工況及用戶補(bǔ)償效果需求，能夠精確配置出補(bǔ)償脈沖幅值及其時間的方法，從而可有效解決目前工程中難以有效配置摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)并滿足用戶期望摩擦補(bǔ)償效果的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種數(shù)控機(jī)床摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)自適應(yīng)配置方法，其方法步驟簡單，設(shè)計合理，能夠滿足用戶對摩擦補(bǔ)償效果的要求，能夠顯著提高數(shù)控機(jī)床加工精度，適用范圍廣，實用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種數(shù)控機(jī)床摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)自適應(yīng)配置方法，所述數(shù)控機(jī)床通過數(shù)控系統(tǒng)控制，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、摩擦補(bǔ)償效果參數(shù)設(shè)置：在數(shù)控系統(tǒng)上設(shè)置摩擦補(bǔ)償效果最優(yōu)值e_best和摩擦補(bǔ)償脈沖幅值增量A_pi；

步驟二、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡參數(shù)和伺服控制參數(shù)的獲?。簲?shù)控系統(tǒng)從數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)器中獲得數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡參數(shù)，并從人機(jī)交互軟件中獲得數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)伺服控制參數(shù)；所述數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡參數(shù)包括數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)指令x_r、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)速度和數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)加速度所述數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)伺服控制參數(shù)包括位置環(huán)比例增益K_pp、速度環(huán)比例增益K_vp、速度環(huán)積分增益K_vi、速度前饋系數(shù)K_VF、加速度前饋系數(shù)K_AF和速度環(huán)采樣及控制周期T；

步驟三、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的運動及換向時刻速度環(huán)積分增益項的采集：數(shù)控系統(tǒng)控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)按照數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)指令x_r運動，并從人機(jī)交互軟件中采集數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向時刻速度環(huán)積分增益項v_ie；

步驟四、進(jìn)給系統(tǒng)正負(fù)運動方向摩擦力矩的獲取：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)換向過程中，數(shù)控系統(tǒng)從人機(jī)交互軟件中采集換向過程中摩擦誤差峰值時刻對應(yīng)的控制變量u，并根據(jù)公式：

T_fsm＝u·K_t (4-1)

計算得到換向過程中摩擦誤差峰值時刻進(jìn)給系統(tǒng)的正負(fù)運動方向摩擦力矩T_fsm；其中，K_t為進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動器的力矩常數(shù)；

步驟五、摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)方程式的建立：數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)摩擦補(bǔ)償效果最優(yōu)值e_best、換向過程中摩擦誤差峰值時刻進(jìn)給系統(tǒng)的正負(fù)運動方向摩擦力矩T_fsm和數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)指令x_r建立滿足用戶要求的摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)方程式：

其中，T_m為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動力矩且T_m＝u·K_t，iT為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向時刻，i為數(shù)控系統(tǒng)中的計數(shù)器所計數(shù)值，N為迭代次數(shù)，i的取值和N的取值均為正整數(shù)，e_x為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向過程中的跟隨誤差且e_x的計算方程式為：

e_x((i+N)T)≈x_r((i+N)T)-x_r(iT) (5-2)

步驟六、摩擦補(bǔ)償脈沖持續(xù)時間的獲取：數(shù)控系統(tǒng)依次取N＝1,2,3…，并將方程式(5-2)帶入方程式(5-1)中，求解方程式(5-1)，直至N的取值使方程式(5-1)成立，并將此時N的取值確定為迭代次數(shù)N的最終取值；再根據(jù)公式：

T_p＝N·T (6-1)

計算得到摩擦補(bǔ)償脈沖持續(xù)時間T_p；

步驟七、摩擦補(bǔ)償脈沖幅值的獲取，具體過程為：

步驟701、數(shù)控系統(tǒng)將摩擦補(bǔ)償脈沖幅值A(chǔ)_p的初始值設(shè)置為與摩擦補(bǔ)償脈沖幅值增量A_pi相等；

步驟702、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置迭代算法求解摩擦補(bǔ)償脈沖幅值的執(zhí)行次數(shù)k的初始值為1；

步驟703、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)方程式：

e′_x((i+k)T)≈x_r((i+k)T)-x_r(iT) (7-1)

計算數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向時刻的下一時刻(i+k)T時刻的跟隨誤差e′_x；

步驟704、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)方程式：

計算(i+k)T時刻的命令速度v_r、實際運動速度v和速度環(huán)誤差項e_v；其中，v_ff為速度前饋輸出項且

步驟705、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)方程式：

計算(i+k)T時刻的速度環(huán)比例增益項v_pe和速度環(huán)積分增益項v_ie；

步驟706、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)方程式：

u′((i+k)T)＝v_pe((i+k)T)+v_ie((i+k)T)+a_ff((i+k)T) (7-4)

計算(i+k)T時刻的控制變量u′；其中，a_ff為加速度前饋輸出項且

步驟707、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)方程式：

T′_m((i+k)T)＝u′((i+k)T)K_t (7-5)

計算(i+k)T時刻的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動力矩T′_m；

步驟708、數(shù)控系統(tǒng)將迭代算法求解摩擦補(bǔ)償脈沖幅值的執(zhí)行次數(shù)k的取值增加1；

步驟709、重復(fù)執(zhí)行步驟703～708，直至k＞N；

步驟7010、數(shù)控系統(tǒng)判斷方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm是否成立，當(dāng)方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm成立時，將此時的A_p的取值確定為摩擦補(bǔ)償脈沖幅值A(chǔ)_p的最終取值；否則，當(dāng)方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm不成立時，將A_p的取值增加A_pi，并設(shè)置k的取值為1，重復(fù)執(zhí)行步驟703～7010，直至方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm成立。

上述的一種數(shù)控機(jī)床摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)自適應(yīng)配置方法，其特征在于：步驟一中所述e_best的取值為數(shù)控系統(tǒng)中位置反饋元件的分辨率的4～6倍。

上述的一種數(shù)控機(jī)床摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)自適應(yīng)配置方法，其特征在于：步驟一中所述A_pi的取值為數(shù)控機(jī)床中電機(jī)編碼器的位置分辨率除以T的商的整數(shù)倍；摩擦補(bǔ)償需求越高，A_pi的取值越小。

上述的一種數(shù)控機(jī)床摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)自適應(yīng)配置方法，其特征在于：步驟三中所述數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向時刻為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺的換向位置對應(yīng)的時刻。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的方法步驟簡單，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理。

2、由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)速度環(huán)具有帶寬高、開放性好等優(yōu)點，本發(fā)明采用在速度環(huán)指令處添加補(bǔ)償脈沖的方法來實現(xiàn)摩擦補(bǔ)償，且采用矩形補(bǔ)償脈沖，由于矩形補(bǔ)償脈沖的特征參數(shù)僅有脈沖幅值及其時間，因此具有參數(shù)設(shè)置靈活、方便操作及較容易實現(xiàn)等優(yōu)點。

3、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)滿足用戶補(bǔ)償要求的摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)自適應(yīng)配置，避免了依靠人工經(jīng)驗調(diào)試耗時且難以達(dá)到滿足補(bǔ)償要求的問題，能夠顯著提高數(shù)控機(jī)床加工精度。

4、本發(fā)明能夠依據(jù)用戶設(shè)置的摩擦補(bǔ)償效果最優(yōu)值，配置出摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)值，能夠滿足用戶對摩擦補(bǔ)償效果的要求，具有適用范圍廣及實用性強(qiáng)的優(yōu)點。

5、本發(fā)明的實用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

綜上所述，本發(fā)明的方法步驟簡單，設(shè)計合理，能夠滿足用戶對摩擦補(bǔ)償效果的要求，能夠顯著提高數(shù)控機(jī)床加工精度，適用范圍廣，實用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程框圖。

圖2為采用本發(fā)明方法進(jìn)行實驗時數(shù)控系統(tǒng)的連接框圖。

圖3為采用本發(fā)明方法進(jìn)行實驗時數(shù)控系統(tǒng)的模型框圖。

圖4為采用本發(fā)明方法進(jìn)行實驗時摩擦補(bǔ)償脈沖的示意圖。

圖5為采用本發(fā)明方法進(jìn)行實驗時X軸命令位置的正弦運動軌跡圖。

圖6A為采用本發(fā)明方法進(jìn)行實驗時換向位置B處的摩擦補(bǔ)償效果比較圖。

圖6B為采用本發(fā)明方法進(jìn)行實驗時換向位置C處的摩擦補(bǔ)償效果比較圖。

圖6C為采用本發(fā)明方法進(jìn)行實驗時換向位置D處的摩擦補(bǔ)償效果比較圖。

圖6D為采用本發(fā)明方法進(jìn)行實驗時換向位置E處的摩擦補(bǔ)償效果比較圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—上位計算機(jī)； 2—下位計算機(jī)； 3—數(shù)據(jù)采集卡；

4—X軸電機(jī)驅(qū)動器； 5—X軸電機(jī)； 6—Y軸電機(jī)驅(qū)動器；

7—Y軸電機(jī)； 8—X軸光柵尺； 9—Y軸光柵尺。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)自適應(yīng)配置方法，所述數(shù)控機(jī)床通過數(shù)控系統(tǒng)控制，包括以下步驟：

步驟一、摩擦補(bǔ)償效果參數(shù)設(shè)置：在數(shù)控系統(tǒng)上設(shè)置摩擦補(bǔ)償效果最優(yōu)值e_best和摩擦補(bǔ)償脈沖幅值增量A_pi；具體實施時，是通過操作數(shù)控系統(tǒng)中的上位計算機(jī)1進(jìn)行設(shè)置；

步驟二、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡參數(shù)和伺服控制參數(shù)的獲?。簲?shù)控系統(tǒng)從數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)器中獲得數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡參數(shù)，并從人機(jī)交互軟件中獲得數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)伺服控制參數(shù)；所述數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡參數(shù)包括數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)指令x_r、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)速度和數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)加速度所述數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)伺服控制參數(shù)包括位置環(huán)比例增益K_pp、速度環(huán)比例增益K_vp、速度環(huán)積分增益K_vi、速度前饋系數(shù)K_VF、加速度前饋系數(shù)K_AF和速度環(huán)采樣及控制周期T；

步驟三、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的運動及換向時刻速度環(huán)積分增益項的采集：數(shù)控系統(tǒng)控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)按照數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)指令x_r運動，并從人機(jī)交互軟件中采集數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向時刻速度環(huán)積分增益項v_ie；具體實施時，數(shù)控系統(tǒng)中的上位計算機(jī)1將數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)指令x_r傳輸給下位計算機(jī)2，下位計算機(jī)2根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)指令x_r控制進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)帶動數(shù)控機(jī)床的運動平臺運動，實現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)按照數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)指令x_r的運動；

步驟四、進(jìn)給系統(tǒng)正負(fù)運動方向摩擦力矩的獲取：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)換向過程中，數(shù)控系統(tǒng)從人機(jī)交互軟件中采集換向過程中摩擦誤差峰值時刻對應(yīng)的控制變量u，并根據(jù)公式：

T_fsm＝u·K_t (4-1)

計算得到換向過程中摩擦誤差峰值時刻進(jìn)給系統(tǒng)的正負(fù)運動方向摩擦力矩T_fsm；其中，K_t為進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動器的力矩常數(shù)；T_fsm的計算公式T_fsm＝u·K_t是基于力矩平衡原理建立的，T_fsm的值是基于力矩平衡原理通過采集u來間接獲得的；具體實施時，所述K_t的值能夠通過進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動器的說明書獲得；

步驟五、摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)方程式的建立：數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)摩擦補(bǔ)償效果最優(yōu)值e_best、換向過程中摩擦誤差峰值時刻進(jìn)給系統(tǒng)的正負(fù)運動方向摩擦力矩T_fsm和數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)指令x_r建立滿足用戶要求的摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)方程式：

其中，T_m為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動力矩且T_m＝u·K_t，iT為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向時刻，i為數(shù)控系統(tǒng)中的計數(shù)器所計數(shù)值，N為迭代次數(shù)，i的取值和N的取值均為正整數(shù)，e_x為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向過程中的跟隨誤差且e_x的計算方程式為：

e_x((i+N)T)≈x_r((i+N)T)-x_r(iT) (5-2)

具體實施時，所述數(shù)控系統(tǒng)中的計數(shù)器為數(shù)控系統(tǒng)中上位計算機(jī)1中的計數(shù)器；摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)方程式是通過考慮力矩平衡和滿足摩擦補(bǔ)償效果最優(yōu)值建立的。摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)方程式中，由于考慮了離散方程步距的影響，因此力矩的方程T_m((i+N)T)≈T_fsm和誤差的方程均采用了近似相等；e_x的計算方程式的得出是假設(shè)了進(jìn)給系統(tǒng)在iT時刻達(dá)到了換向位置，將e_x的計算方程式先表示為e_x((i+N)T)＝x_r((i+N)T)-x((i+N)T)+Δe+D_b，其中，Δe為iT時刻的跟隨誤差值，D_b為彈性約束，由于Δe和D_b的值較小可忽略，同時從iT時刻開始可認(rèn)為反饋位置保持不變，因此e_x的計算方程式可簡化表示為：e_x((i+N)T)≈x_r((i+N)T)-x((i+N)T)≈x_r((i+N)T)-x_r(iT)；

步驟六、摩擦補(bǔ)償脈沖持續(xù)時間的獲?。簲?shù)控系統(tǒng)依次取N＝1,2,3…，并將方程式(5-2)帶入方程式(5-1)中，求解方程式(5-1)，直至N的取值使方程式(5-1)成立，并將此時N的取值確定為迭代次數(shù)N的最終取值；再根據(jù)公式：

T_p＝N·T (6-1)

計算得到摩擦補(bǔ)償脈沖持續(xù)時間T_p；

步驟七、摩擦補(bǔ)償脈沖幅值的獲取，具體過程為：

步驟701、數(shù)控系統(tǒng)將摩擦補(bǔ)償脈沖幅值A(chǔ)_p的初始值設(shè)置為與摩擦補(bǔ)償脈沖幅值增量A_pi相等；

步驟702、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置迭代算法求解摩擦補(bǔ)償脈沖幅值的執(zhí)行次數(shù)k的初始值為1；

步驟703、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)方程式：

e′_x((i+k)T)≈x_r((i+k)T)-x_r(iT) (7-1)

計算數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向時刻的下一時刻(i+k)T時刻的跟隨誤差e′_x；

步驟704、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)方程式：

計算(i+k)T時刻的命令速度v_r、實際運動速度v和速度環(huán)誤差項e_v；其中，v_ff為速度前饋輸出項且

步驟705、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)方程式：

計算(i+k)T時刻的速度環(huán)比例增益項v_pe和速度環(huán)積分增益項v_ie；

步驟706、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)方程式：

u′((i+k)T)＝v_pe((i+k)T)+v_ie((i+k)T)+a_ff((i+k)T) (7-4)

計算(i+k)T時刻的控制變量u′；其中，a_ff為加速度前饋輸出項且

步驟707、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)方程式：

T′_m((i+k)T)＝u′((i+k)T)K_t (7-5)

計算(i+k)T時刻的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動力矩T′_m；

步驟708、數(shù)控系統(tǒng)將迭代算法求解摩擦補(bǔ)償脈沖幅值的執(zhí)行次數(shù)k的取值增加1；

步驟709、重復(fù)執(zhí)行步驟703～708，直至k＞N；

步驟7010、數(shù)控系統(tǒng)判斷方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm是否成立，當(dāng)方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm成立時，將此時的A_p的取值確定為摩擦補(bǔ)償脈沖幅值A(chǔ)_p的最終取值；否則，當(dāng)方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm不成立時，將A_p的取值增加A_pi，并設(shè)置k的取值為1，重復(fù)執(zhí)行步驟703～7010，直至方程式T′_m((i+N)T)≈T_fsm成立。

通過以上的步驟一～步驟七，就能夠獲得滿足用戶需求的數(shù)控機(jī)床摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)，包括摩擦補(bǔ)償脈沖持續(xù)時間和摩擦補(bǔ)償脈沖幅值，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)的有效配置。

本實施例中，步驟一中所述e_best的取值為數(shù)控系統(tǒng)中位置反饋元件的分辨率的4～6倍。具體實施時，數(shù)控系統(tǒng)中的位置反饋元件為X軸光柵尺8或Y軸光柵尺9；這樣的設(shè)置考慮了外界干擾、動態(tài)特性及位置反饋元件分辨率等因素對摩擦補(bǔ)償效果的影響。

本實施例中，步驟一中所述A_pi的取值為數(shù)控機(jī)床中電機(jī)編碼器的位置分辨率除以T的商的整數(shù)倍；摩擦補(bǔ)償需求越高，A_pi的取值越小。

本實施例中，步驟三中所述數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向時刻為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺的換向位置對應(yīng)的時刻。

為了驗證本發(fā)明能夠產(chǎn)生的技術(shù)效果，進(jìn)行了本發(fā)明方法步驟的實驗。

實驗所采用的數(shù)控系統(tǒng)如圖2所示，所述數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控計算機(jī)、驅(qū)動系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集反饋系統(tǒng)，所述數(shù)控計算機(jī)包括上位計算機(jī)1和與上位計算機(jī)1連接的下位計算機(jī)2，所述上位計算機(jī)1上安裝有人機(jī)交互軟件，所述下位計算機(jī)2上連接有數(shù)據(jù)采集卡3；所述驅(qū)動系統(tǒng)包括用于驅(qū)動數(shù)控機(jī)床的X軸電機(jī)5旋轉(zhuǎn)的X軸電機(jī)驅(qū)動器4和用于驅(qū)動數(shù)控機(jī)床的Y軸電機(jī)7旋轉(zhuǎn)的Y軸電機(jī)驅(qū)動器6，所述X軸電機(jī)5與X軸電機(jī)驅(qū)動器4的輸出端連接，所述Y軸電機(jī)7與Y軸電機(jī)驅(qū)動器6的輸出端連接，所述X軸電機(jī)驅(qū)動器4和Y軸電機(jī)驅(qū)動器6均與數(shù)據(jù)采集卡3連接，所述X軸電機(jī)5和Y軸電機(jī)7上均設(shè)置有電機(jī)編碼器；所述數(shù)據(jù)采集反饋系統(tǒng)包括用于檢測數(shù)控機(jī)床的X軸工作臺位置的X軸光柵尺8和用于檢測數(shù)控機(jī)床的Y軸工作臺位置的Y軸光柵尺9，所述X軸光柵尺8和Y軸光柵尺9均與數(shù)據(jù)采集卡3連接；所述X軸光柵尺8和Y軸光柵尺9的位置分辨率為0.5μm，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的全閉環(huán)位置反饋。

實驗所采用的數(shù)控系統(tǒng)的模型框圖如圖3所示，圖3中的主要參數(shù)有：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)運動軌跡插補(bǔ)指令x_r、反饋位置x、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)工作臺換向過程中的跟隨誤差e_x、速度前饋輸出項vff、位置環(huán)比例增益K_pp、速度環(huán)比例增益K_vp、速度環(huán)積分增益K_vi、速度前饋系數(shù)K_VF、加速度前饋系數(shù)K_AF、命令速度v_r、實際運動速度v、速度環(huán)誤差項e_v、速度環(huán)采樣及控制周期T、速度環(huán)積分增益項v_ie、速度環(huán)比例增益項v_pe、加速度前饋輸出項a_ff、量化器QUA、保持器ZOH、控制變量u、進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動器的力矩常數(shù)K_t、數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動力矩T_m、摩擦力矩T_f、等效慣量J和傳動比r_g。另外，圖3中的z為Z變換因子，s為拉普拉斯變換因子；具體實施時，等效慣量J和傳動比r_g的取值通過數(shù)控機(jī)床的說明書獲得；摩擦力矩T_f的獲得方法為：數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)在多個高低不同速度下勻速運動，依據(jù)力矩平衡原理通過采集u并根據(jù)公式T_f＝u·K_t來間接獲得的摩擦力矩T_f，采用最小二乘法獲得不同速度下的摩擦力矩T_f的數(shù)學(xué)表達(dá)式，依據(jù)該表達(dá)式，進(jìn)而可求取摩擦力矩T_f。

實驗針對數(shù)控機(jī)床的X軸進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行，實驗中主要參數(shù)的取值如下：K_pp＝96.5s^-1；K_vp＝0.106V·s/mm；K_vi＝16.5V·s/mm；K_AF＝0.0013V·s²/mm；K_VF＝1V·s²/mm；K_t＝2.6875N·m/V；r_g＝2.5465mm/rad；J＝2.975g·m²；T＝1ms。

實驗在速度環(huán)指令處添加如圖4所示的補(bǔ)償脈沖實現(xiàn)摩擦補(bǔ)償，當(dāng)X軸進(jìn)給系統(tǒng)工作臺處于換向位置時刻iT時，為了補(bǔ)償由摩擦造成的誤差，在(i+1)T時刻將幅值及持續(xù)時間分別為A_p、T_p的矩形補(bǔ)償脈沖添加到X軸進(jìn)給系統(tǒng)工作臺速度環(huán)指令處。

為了評價X軸進(jìn)給系統(tǒng)換向過程中的摩擦補(bǔ)償效果，從換向點時刻開始的監(jiān)測時間t_M內(nèi)，對e_x進(jìn)行監(jiān)測，t_M值根據(jù)各工況下?lián)Q向過程所需的時間來設(shè)定，取t_M為250ms，依據(jù)X軸進(jìn)給系統(tǒng)的實際運行工況、動態(tài)特性及位置反饋元件的分辨率等因素，綜合確定e_best＝3μm，A_pi＝0.05mm·s^-1。

處于兩軸聯(lián)動圓運動軌跡時，在進(jìn)給速度F＝500mm·min^-1、F＝1000mm·min^-1，半徑R＝25mm下，其X軸命令位置為如圖5所示的正弦運動軌跡；

采用本發(fā)明所提出的方法對不同工況下的摩擦補(bǔ)償脈沖特征參數(shù)進(jìn)行配置，在監(jiān)測時間t_M內(nèi)的摩擦補(bǔ)償效果見圖6A～6D，圖6A為換向位置B處的摩擦補(bǔ)償效果，圖6B為換向位置C處的摩擦補(bǔ)償效果，圖6C為換向位置D處的摩擦補(bǔ)償效果，圖6D為換向位置E處的摩擦補(bǔ)償效果。從圖6A～6D可見，摩擦補(bǔ)償后誤差峰值的絕對值均約為3μm，最大誤差峰值偏差0.7μm，證明了本發(fā)明方法的有效性。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。