基于FANUC数控系统前馈控制提高数控机床控制精度的研究.pdf

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1、基于FANUC数控系统前馈控制提高数控机床控制精度的研究朱仕学(深圳职业技术学院，广东深圳518055)摘要：常规的数控伺服系统的指令滞后问题导致加工指令轨迹同实际轨迹存在形状误差。通过理论计算和实际应用认为：在数控伺服系统中引进前馈控制(即把前馈控制器置于系统的输入端)方法是消除这种不稳定和精度误差最有效的方法。阐述了伺服系统前馈控制技术的设计原理和具体方法。关键词：前馈控制数控机床控制精度中图分类号：TG659ResearchonMachiningPrecisionofNCMachineBasedonFeedforwardofFANUCNCSystemZHUShix

2、ue(ShenzhenPolytechnic，Shenzhen518055，CHN)Abstract：TheroutinelogofNCservosystem’Sinstructionwillcausetheformerrorofthemachininginstructiontorealmachiningtrajectory．TheauthorconsidersthatusingfeedforwardofNCservosystemcaneffective-lysolvetheproblemandraisemachiningprecision．Thearticleexpo

3、undsthedesignprincipleandmeth一0dofhowtouseNCservosystemfeedfroward．Keywords：FeedForward；NCMachine；MachiningPrecision在数控机床典型进给路径走方和圆的控制过程方法。前馈控制是按照扰动量来进行控制，当系统一中，当加工速度较快时，会引起指令与实际的路径偏出现扰动时，前馈控制就按扰动量直接产生校正作用，差，见图1(走方时在拐角处变圆，走圆时圆的半径变以抵消扰动的影响。这是一种开环控制形式，在控制小)，导致存在工件形状精度误差。这是因为数控机算法和参数选择合适的情况

4、下，可以达到很高的精度。床的传动机构受某种非线性和不确定性因素的影响，将前馈开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式称譬如：摩擦等，由此引起数控机床在加工时因为输入伺为复合控制，同单纯采用闭环控制的系统相比精度有服系统的加工指令到达机械执行之间存在时间滞后问很大的提高。下面就前馈控制的引入进行讨论。题而导致加工零件产生形状误差。按照传统做法是：指令路径指令路径按指令与反馈偏差的控制能够产生作用的前提是被控量必须偏离设定值，也就是说，在扰动的作用下，被控量位置必须先偏离指令值，然后通过对偏差进行控制，、＼以抵消扰动的影响。这种控制的前提是有偏差，其控制精度是不可能高的。如果

5、扰动不断增加，则系统总实际路径是跟在扰动作用之后波动，特别是系统滞后严重时波拐角变圆圆弧变小动就更加严重，因而这种控制使系统很不稳定。图1指令路径同实际路径的偏差笔者通过对FANUC数控系统多项精度控制功能的研究发现：引进前馈控制(即把前馈控制器置于系图2所示为前馈伺服控制方案。图中表示统的输入端)是消除这种不稳定和精度误差最有效的轴位置指令；0表示轴实际位置输出；内部速度环$深圳市南山区科技计划项目(KJ02S0210900000155)被用于抑制系统不确定弓{起的波动，前馈控制(JP，(s)传递函数可以表示为用于位置环，(S)用于速度环)用来改善跟踪性能。：=等(5

6、)类似于速度环，理想跟踪的设计目标是找到合适的P，(s)使得G()1在关注的频域范围内成立。令P，(s)=5(6)这里，是一个增益常量。所以若=1，则Gp(s)=1，图2带有速度、位置前馈伺服控制方案框图表明此时系统输出能理想跟踪输入(即：：)。3FANUC数控系统前馈控制提高数控机床1前馈速度环控制器设计控制精度的实际应用首先考虑图2中的速度环，用C(S)表示速度环3．1使用前馈控制前后控制精度比较控制器，表示速度命令，表示实际速度。根据图FANUC数控系统前馈控制结构图见图4，它在通2，速度环的传递函数如下：常位置指令输入到位置放大器的同时，还将位置指令==㈩通过位

7、置前馈控制(OL·)输入到速度控制输入端，也就是将输入位置指令到速度输入端的时间相应提前，显然，精确跟踪的设计目标是寻找一个合适的(s)使得G(s)1在关注的频域范围内成市。此，若令G使得位置指令和机械动作协调一致，从而消除伺服系(s)=1，即理想情况下，可以得到：统对加工指令的响应滞后问题，使加工物件达到设计精度。设置速度前馈控制是为了提高速度控制的响应(S)G(S)+C(s)G(S)=1+C()G(S)(2)特性，以便设定更高的位置控制的前馈系数0[来最大因此有限度地减小圆弧切削时的形状误差。()=(3)前馈lI速度前馈假设被控对象，