前馈式多轴CNC系统跟随误差补偿控制模块的设计.pdf

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1、现代制造工程2010年第9期试验研究前馈式多轴CNC系统跟随误差补偿控制模块的设计‘李玮华(河北师范大学职业技术学院，石家庄050031)摘要：采用不变性原理构建前馈补偿控制系统的理论结构模型，并进行系统幅值误差的分析。建立零件空间线性轮廓误差的数学模型，并由此确定前馈补偿量的算法。设计了以单片机为核心的前馈补偿控制模块的硬件原理电路和补偿数据处理程序的软件结构。通过仿真实验，验证了控制模块的补偿功能。结果表明，该设计能够有效地消除计算机数控(CNC)系统的相位滞后和幅值误差，提高普通数控系统对零件轮廓的加工精度。关键词：前馈补偿；跟随误差；误差模型；硬件电路；

2、软件结构中图分类号：3"14165+．4文献标识码：A文章编号：167l---3133(2010)09--0008--05Designonfeed-forwardtrackingdeviationcompensationcontrolmoduleformulti．axisCNCsystemUWei—hna(OccupationTechnicalCollege，HebeiNormalUniversity，Shijiazhuang050031，China)Abstract：Thestructuralmodelofthetrackingdeviationfeed-fo

3、rwardcompensationcontrolsystemwagdevelopedbyu∞ofthein-varianceprinciple，toanalyzeamplitudedeviationofthesystem．Themathematicalmodelofthespacelinearcontourdeviationofpartwasdevelopedtodefinecomputationalmethodofthefeed-forwardcompensationvalue．Designedonhardwarecircuitschemat-icand$of

4、twsJ'eprogramstructureofdataprocessingofthefeed-forwardcompensationcontrolmodulebythemicrocomputer-ledatthecore．ThecompensationfunctionofcontrolmoduleW88validatedbysimulationexperiment．TheresultisthatphaselagandamplitudedeviationofCNCsystemc蚰beeffectivelyelirmnatedandmachiningaccurac

5、yofordinaryCNCsystemcallbeed-vancedbyu$eofthismodule．Keywords：feed·forwardcompensation；trackingdeviation；errormodel；hardwarecircuit；softwarestructure目前在我国机加工行业中，大多数企业所使用的数控机床普遍存在数控软件的控制功能弱、加工精度低等问题，特别是在使用普通数控机床进行复杂型面高精度加工时，尽管编程给出的刀位点比较密集，但仍然存在较大的轮廓轨迹加工误差，难以满足用户对多种行业的产品和工、模具进行高速精密加工的要

6、求。若引进国外先进的高精密CNC系统，不仅价格昂贵，而且都采用西文操作界面，也不适合我国的国情，尤其是不符合现阶段我国量大面广的中小企业的生产条件。而国内一些企业研发的精密数控加工系统缺乏多坐标联动协调控制功能，尤其是我国的高精度三维CNC系统尚未形成产业化，为此笔者研发了一种基于单片机的数控系统运8·国家自然科学基金项目(50275148)动误差补偿控制模块。将本模块附加到普通数控设备的控制系统中，以达到减小普通数控机床各轴的运动跟踪误差，改善轮廓加工精度，提高产品的加工质量之目的。与现有的PID型轮廓误差前馈补偿控制器”1技术相比，本设计是一个以单片机为中央

7、处理器(CPU)，且独立于整机数控系统的控制模块，可通过适当的接口直接安装在现有数控系统的前向通道上，而无需改变现有机床的基本控制环节，降低了设备技术改造的成本。提高了其使用的灵活性和适应性。1前馈补偿系统的理论模型及跟随误差分析目前在国内企业广泛使用的数控机床的控制系试验研究现代制造工程2010年第9期统通常都是由比较环节、控制装置、驱动装置、执行机构和反馈检测装置所组成。这种控制系统对于伺服系统而言是闭环系统，但对于由各轴联动组成的多轴数控系统，在零件加工过程中，对轮廓精度的控制实际上是开环的⋯。前馈补偿器是根据不变性原理构造的一种误差控制器，用以消除系统相

8、位滞后和幅值误差。其基本