1.一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统,其特征在于,包括:轨迹生成模块、迭代学习计算模块、误差计算模块、PID控制模块和数控机床进给驱动模块;
所述轨迹生成模块用于生成期望轨迹命令并进行预处理后输入误差计算模块;
所述迭代学习计算模块包括存储子模块和反演计算子模块,所述存储子模块用于存放所述控制系统产生的历史数据;所述反演计算子模块用于根据存储子模块中存放的历史数据,使用预设的反演模型迭代计算轨迹整形量和控制补偿量,并将轨迹整形量和控制补偿量分别输入PID控制模块和数控机床进给驱动模块;
所述误差计算模块用于接收预处理后的期望轨迹命令,并实时计算数控机床每次加工过程产生的偏差量,将偏差量输入所述PID控制模块;
所述PID控制模块用于根据轨迹整形量和偏差量计算控制量,并将控制量和控制补偿量共同输入所述数控机床进给驱动模块,完成对数控机床的控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统,其特征在于,所述存储子模块中所存放的历史数据包括:数控机床第j‑1次加工过程中的电机端误差 平台端误差 轨迹整形量rj‑1和控制补偿量uj‑1。
3.根据权利要求1所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统,其特征在于,所述误差计算模块所计算的偏差量包括:数控机床第j次加工过程中期望轨迹rd与平台位置 的偏差 以及轨迹整形量rj与电机位置 的偏差
4.根据权利要求1所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统,其特征在于,所述数控机床进给驱动模块包括:电机驱动子模块和滚珠丝杆进给子模块;所述电机驱动子模块和滚珠丝杆进给子模块通过联轴器连接;所述数控机床的机床平台设置于滚珠丝杆进给子模块的输出端。
5.根据权利要求4所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统,其特征在于,所述电机驱动子模块中的电机输出轴上还设置有旋转编码器,旋转编码器用于检测电机位置 机床平台上还设置有光栅尺,光栅尺用于检测数控机床的平台位置
6.一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法,基于权利要求1~5任意一项中所述的基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制系统,其特征在于,包括以下步骤:S1:根据所述数控机床进给驱动模块构建柔性双质量模型,并获取柔性双质量模型中电机端和平台端的传递函数;
S2:在所构建的柔性双质量模型的基础上进行初始化:将轨迹整形量和控制补偿量的初始值清零;初始化数控机床的加工次数最大值,轨迹生成模块生成期望轨迹命令并进行预处理,将预处理后的期望轨迹命令输入误差计算模块;
S3:数控机床进行第1次加工过程,第1次加工过程所产生的历史数据存储于存储子模块;
S4:反演计算子模块根据上一次加工过程所产生的历史数据,使用预设的反演模型迭代计算,并将下一次加工的轨迹整形量和控制补偿量分别输入PID控制模块和数控机床进给驱动模块;
S5:误差计算模块实时计算数控机床每次加工过程产生的偏差量,并将偏差量输入所述PID控制模块;
S6:PID控制模块根据轨迹整形量和偏差量计算控制量,并将控制量和控制补偿量共同输入所述数控机床进给驱动模块,完成对数控机床的控制;
S7:判断数控机床上一次加工过程和下一次加工过程所产生的偏差量之差的绝对值是否小于预设阈值,若小于,则执行步骤S8,否则,重新执行步骤S4;
S8:判断数控机床的加工次数是否达到最大值,若达到,则加工完成,否则,将上一次加工过程的轨迹整形量作为下一次加工过程的轨迹整形量,将上一次加工过程的控制补偿量作为下一次加工过程的控制补偿量,重新执行步骤S5。
7.根据权利要求6所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法,其特征在于,所述步骤S1中,柔性双质量模型具体为:q1=mMmT
q2=(mT+mM)cs+mMcT+mTcM
q3=(mT+mM)ks+cMcT+(cM+cT)cs
q4=(cM+cT)ks
其中,PM(s)和PT(s)分别为电机端和平台端的传递函数;PZ(s)为电机端位置到平台端位置传递函数;s为拉普拉斯变换算子;mM和mT分别为电机端和平台端的位移;cs和ks分别为柔性双质量模型中两个质量之间的粘性阻尼和有限刚度系数;cM和cT分别为由导轨和轴承系统产生的粘性摩擦系数;
将所述柔性双质量模型中电机端和平台端的传递函数PM(s)和PT(s),分别通过z变换转变为PM(z)和PZ(z)。
8.根据权利要求7所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法,其特征在于,所述步骤S2中,轨迹生成模块生成期望轨迹命令rd,并根据以下公式对生成的期望轨迹命令rd进行预处理:其中,r0为预处理后的期望轨迹命令。
9.根据权利要求7所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法,其特征在于,所述步骤S4中,根据上一次加工过程所产生的历史数据,使用预设的反演模型迭代计算的过程为:其中,rj和uj分别为第j次加工过程的轨迹整型量和控制补偿量; 和 分别为第j‑
1次加工过程中的电机端误差和平台端误差;Le为预设的反演模型;
获取预设的反演模型Le的步骤包括:
构造以下误差矩阵:
获取PID控制模块的传递函数CP(z),以及柔性双质量模型中电机端和平台端z变换后的传递函数PM(z)和PZ(z),并将CP(z),PM(z),PZ(z)分别转换为状态空间表达,记为:CP(AC,BC,CC,DC),PM(Am,Bm,Cm,0),PZ(Az,Bz,Cz,0);
根据所构造的误差矩阵,建立从(uj,rj)到 数学模型HM,数学模型HM的状态空间表达式为:HM(A,B,C,D),其中:对 做时延2步处理,获取预设的反演模型Le,预设的反演模型Le的状态空间表达式为:′ ′
Le(A,B,C ,D),其中:
根据预设的反演模型Le进行迭代计算,获取下一次加工的轨迹整形量和控制补偿量。
10.根据权利要求9所述的一种基于迭代轨迹整形和控制补偿的数控机床控制方法,其特征在于,所述根据预设的反演模型Le进行迭代计算,获取下一次加工的轨迹整形量和控制补偿量的过程为:其中,k为信号序列的第k个取样点。