基于Cycle to Cycle反馈控制的数控凸轮磨削轮廓误差补偿控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种数控领域的轮廓误差补偿控制方法，具体涉及基于Cycle to Cycle (CtC)反馈控制的数控凸轮磨削轮廓误差补偿控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着机械精密加工精度指标的提升，对机床数控系统的伺服控制提出了更高的要 求，轮廓精度已成为机床数控系统的重要指标，并直接影响零件加工质量。
[0003] 在数控凸轮磨削的加工中，凸轮片的加工属于批量生产，也意味着相同轮廓轨迹 的加工过程将重复进行。当加工一个凸轮片时，也需要反复走相同的轨迹，每一次重复加工 过程称作一次加工周期，每一加工周期刀具都跟踪相同的期望轨迹。但目前的数控凸轮磨 削技术仅仅可测量到本周期结束后的关于凸轮片的信息，在本周期的过程中，正确的测量 和控制往往是很昂贵或者复杂到几乎不可能实现。而且目前这些系统的动态控制方法也已 达到一定的高度，想再提高也很困难。多数的数控凸轮磨削依赖技术工人的经验来调节，难 免浪费时间和人力。
[0004] 对于数控磨削中存在这种重复周期控制问题，迭代学习控制（ILC)由Uchiyama 于1978年首先提出，徐建明提出利用迭代学习控制来得到理想的实际参考输入值（中 国专利：CN 102323790B、"两轴数控系统的串级型迭代学习交叉耦合跟随误差控制方 法"），从而提高轮廓精度，但此方法对于轮廓复杂的凸轮磨削不太适合；邓朝晖在文献"A methodology for contour error intelligent precompensation in cam grinding" 中 提出一种基于实例推理（CBR)和规则推理（RBR)的轮廓误差智能补偿方法，但针对不同的 凸轮轮廓误差，其补偿方法需要对其不断的匹配直至合适，相对比较耗时；MIT的Tsz-Sin Siu在2001年提出了在生产过程中的Cycle to Cycle(CtC)反馈控制，主要应用在板料折 弯和注塑模具过程控制中，并得到了理想的效果。其思想为利用上一个周期的效果来指导 本过程的生产。在运动控制系统中，我们同样可以借用其CtC思想来对数控凸轮磨削的轮 廓误差进行补偿。
[0005] 本发明针对前述问题，提出一种基于Cycle to Cycle反馈控制的数控凸轮磨削轮 廓误差补偿控制方法。即利用过程控制中的CtC控制思想提出新的CtC反馈控制算法；对 数控凸轮磨削系统建立CtC反馈控制模型，通过对控制模型的稳定性、稳态误差以及动态 性能的分析来进行控制器的设计和优化。该发明解决了数控凸轮磨削的传统控制方法存在 的仅利用当前运动周期的信息而之前运动周期的信息未利用的问题，明显提高了凸轮轮廓 精度。
[0006] 技术内容
[0007] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于Cycle to Cycle反馈控制的 数控凸轮磨削轮廓误差补偿控制方法，其发明目的在于利用本发明CtC反馈控制对数控凸 轮磨削控系统进行控制，实现了利用上一个加工周期的信息（偏差）对本周期的误差补偿， 最终实现提尚期望的跟踪精度。
[0008] 为了达到这个目的，本发明在基于过程控制的CtC反馈控制思想，建立了数控凸 轮磨削控制系统的CtC控制模型，且设计了相应的控制器。针对给定的凸轮升程，利用CtC 反馈控制修正实际参考输入量，使输出信号逐渐逼近期望的凸轮形状，并使轮廓误差趋向 于零，提高轮廓误差控制的精度。
[0009] 本发明的具体内容结合【附图说明】如下：
[0010] 1)基于Ctc反馈控制，即在逐次循环过程控制之间利用上一个周期的磨削信息即 轮廓误差来指导本周期的磨削过程，为数控凸轮磨削过程建立Ctc反馈补偿控制策略（参 阅图1)。
[0011] Ctc反馈补偿控制策略如下：
[0012] 一个周期的磨削过程结束后，测量其轮廓误差，测量角度间隔为0.5°，总共720 个点，轮廓误差补偿公式如下：
[0013] ck=Kek_i (1)
[0014] 其中，Ck为第k个周期需要补偿的轮廓误差值；ε η为第k-Ι个周期的测量误差 中的最大值；K为补偿的比例系数。
[0015] 2)描述数控凸轮磨削系统的两轴动态过程模型如下：
【主权项】
1. 基于Cycle to Cycle反馈控制的数控凸轮磨削轮廓误差补偿控制方法，其特征在 于，包括如下步骤： 步骤一，基于CtC反馈控制，即在逐次循环过程控制之间利用上一个周期的磨削信息 即轮廓误差来指导本周期的磨削过程，为数控凸轮磨削过程建立CtC反馈补偿控制策略： 一个周期的磨削过程结束后，按一定角度间隔测量其轮廓误差，角度间隔通常可选取 0.5°、1.0°、2.0°等；其选取原则为凸轮越大，则角度间隔越小，以保证在凸轮轮廓上测 点的密度，具体数值可参考凸轮升程表中的角度间隔，以测量角度间隔为0. 5°、总共720 个点说明轮廓误差补偿公式如下： Ck= K ε k_i (1) 其中，ck为第k个周期需要补偿的轮廓误差值；ε η为第k-1个周期的测量误差中的 最大值；K为补偿的比例系数，其中，补偿比例系数K的取值规律如下：
步骤二，为具有耦合的数控凸轮磨削系统建立CtC反馈控制模型： 步骤三，为CTC反馈控制模型设计控制器，通过系统动态与稳态特性分析，优化CTC反 馈控制器参数，使得磨削轮廓误差控制在允许的范围之内，得到满意的磨削精度。
2. 根据权利要求1所述的基于Cycle to Cycle反馈控制的数控凸轮磨削轮廓误差补 偿控制方法，其特征在于，步骤二所述的为具有耦合的数控凸轮磨削系统建立CtC反馈控 制模型： 步骤一，描述数控凸轮磨削系统的两轴动态过程模型如下：
其中，Xi，k(t)为进给轴（X轴）的给定值；X()，k(t)为进给轴（X轴）的实际参考输入值； \1;(〇为旋转轴（(：轴）的给定值；(^1;(〇为旋转轴（(：轴）的实际参考输入值；6 !￡为父轴 的闭环传递函数；G。为C轴的闭环传递函数；k = 1，2, 3…η是重复周期数；t e [1，2, 3… η]是周期时间长度； 步骤二，将数控凸轮磨削系统的两输入系统变形为单输入问题，即当给定某一种凸轮 片升程时，两轴的输入值之间的关系固定： ci;k (t) = f (xi；k(t)) (4) xi；k(t) = r^Ci^t)) (5) 贝IJ，在Z频域里：C = F⑴，X = F-1 (C); 步骤三，定义新的轮廓误差，也即为型线误差： ε k= X 〇，k⑴-户心⑴）(6) 步骤四，根据控制策略，建立补偿控制规律： x〇,k(t) = Gx(Xijk^a)-K ε ^1(O) (7) =Gx (Xi, H (t) -K (X。，H (t) -f1 (C。，H (t)))) 步骤五，数控磨削控制系统中，两轴的输入值为离散的序列值，故在Z域里分析： X0= z X (Xi-K (vr1 (C0))) (8)。
【专利摘要】本发明涉及一种针对具有重复运动特性的被控系统跟踪误差的Cycle to Cycle反馈控制补偿方法，具体涉及基于Cycle to Cycle反馈控制的数控凸轮磨削轮廓误差补偿控制方法。以解决数控凸轮磨削传统控制方法存在的仅利用当前磨削周期的信息而忽略之前磨削周期信息的问题，提高数控凸轮磨削的轮廓精度。CtC反馈控制是在逐次循环过程控制之间利用上一个周期的磨削信息即轮廓误差来指导本周期的磨削过程。通过系统动态与稳态特性分析，优化CtC反馈控制器参数，使得磨削轮廓误差控制在允许的范围之内，得到满意的磨削精度。本发明引入Cycle to Cycle理论，提出了凸轮在磨削过程中的轮廓精度补偿方法和计算步骤，使补偿有理论依据，改变了目前补偿凭经验的现状。
【IPC分类】G05B19-404
【公开号】CN104731019
【申请号】CN201510157673
【发明人】王静, 隋振, 田彦涛, 王勋龙, 卢辉遒, 孙中波
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月3日