News center
新闻资讯

如何提高伺服系统定位精度

信息来源:深圳市嘉扬科技有限公司
添加时间:2025-7-1

数控机床的定位精度直接影响到机床的加工精度。传统上以步进电动机作驱动机构的机床,由于步进电动机的固有特性,使得机床的重复定位精度可以达到一个脉冲当量。但是,步进电动机的脉冲当量不可能很小,因而定位精度不高。伺服系统的脉冲当量可以比步进电动机系统小得多,但是,伺服系统的定位精度很难达到一个脉冲当量。由于CPU性能已有极大提高,故采用软件可以有效地提高定位精度。我们分析了常规控制算法导致伺服系统定位精度误差较大的原因,提出了分段线性减速并以开环方式精确定位的方法,实践中取得了很好的效果。

一、伺服系统定位误差形成原因与克服办法

通常情况下,伺服系统控制过程为:升速、恒速、减速和低速趋近定位点,整个过程都是位置闭环控制。减速和低速趋近定位点这两个过程,对伺服系统的定位精度有很重要的影响。

减速控制具体实现方法很多,常用的有指数规律加减速算法、直线规律加减速算法。指数规律加减速算法有较强的跟踪能力,但当速度较大时平稳性较差,一般适用在跟踪响应要求较高的切削加工中。直线规律加减速算法平稳性较好,适用在速度变化范围较大的快速定位方式中。

选择减速规律时,不仅要考虑平稳性,更重要的是考虑到停止时的定位精度。从理论上讲,只要减速点选得正确,指数规律和线性规律的减速都可以精确定位,但难点是减速点的确定。通常减速点的确定方法有:

(1)如果在起动和停止时采用相同的加减速规律,则可以根据升速过程的有关参数和对称性来确定减速点。

(2)根据进给速度、减速时间和减速的加速度等有关参数来计算减速点,在当今高速CPU十分普及的条件下,这对于CNC的伺服系统来说很容易实现,且比方法(1)灵活。

伺服控制时,由软件在每个采样周期判断:若剩余总进给量大于减速点所对应的剩余进给量,则该瞬时进给速度不变(等于给定值),否则,按一定规律减速。

理论上讲,剩余总进给量正好等于减速点所对应的剩余进给量时减速,并按预期的减速规律减速运行到定位点停止。但实际上,伺服系统正常运转时每个采样周期反馈的脉冲数是几个、十几个、几十个甚至更多,因而实际减速点并不与理论减速点重合。如图1所示,其最大误差等于减速前一个采样周期的脉冲数。若实际减速点提前,则按预期规律减速的速度降到很低时还未到达定位点,可能需要很长时间才能到达定位点。若实际减速点滞后于理论减速点,则到达定位点时速度还较高,影响定位精度和平稳性。为此,我们提出了分段线性减速方法。

800)this.width=800">
图1减速点误差示意图

在低速趋近定位点的过程中,设速度为V0(mm/s),伺服系统的脉冲当量为δ(μm),采样周期为τ(ms),则每个采样周期应反馈的脉冲数为:N0=V0τ/δ。由于实际反馈的脉冲数是个整数,可能有一个脉冲的误差,即此时速度检测误差最大值为l/N0=δ/(V0τ)。采样周期越小、速度越低,则速度检测误差越大。为了满足定位精度是一个脉冲的要求,应使V0很小,使得N0≤1,此时速度检测误差达到100%甚至更高。如果此时仍然实行位置闭环控制,必然造成极大的速度波动,严重影响伺服机构的精确定位。所以,我们认为此时应采取位置开环控制,以避免速度波动。

二、分段线性减速精确定位

1、方法与步骤

分段线性减速的特点是减速点不需要精确确定,减速过程速度曲线如图2所示。首先讨论最不利情况,即由伺服系统的最高速度开始减速过程,具体的减速步骤是:

(1)初始速度VG经AB段以加速度a2降速到V2,在BC段以V2匀速运行T2个采样周期,用BC这个时间段来补偿减速点A的误差。A点最大误差是VG对应的一个采样周期的脉冲数NG=VGτ/δ,速度为V2时一个采样周期的脉冲数为N2=V2τ/δ,则只要保证T2≥NG/N2=VG/V2,就可以使BC时间段补偿减速点A点的误差。

(2)速度V2经CD段以加速度a1降速到V1,在DE段以V1匀速运行T1个采样周期,用DE这个时间段来补偿减速点C的误差。类似地,应保证T1≥V2/V1。由于速度V1较低,假设取V1=5mm/s,脉冲当量δ=1μm,采样周期τ=1ms,则单位采样周期应反馈的脉冲数为N1=5,速度检测误差最大可达20%。所以,从这段过程开始就可以采用开环控制,以避免由于速度检测误差而引起速度波动。值得注意的是,开环控制算法应包括伺服机构的死区补偿和零漂补偿模块。

(3)速度V1经EF段以加速度a1降速到V0,在FG段以V0匀速运行T0个采样周期,直到到达定位点,这个过程采用位置开环控制。

通常情况下开始减速时伺服系统的速度(假设为VG1)小于最高速度,这时相当于减速起始点A向下移动到A1点,如图2虚线所示。如果初始速度小于V2,如图2中的VG2所示,相当于减速起始点移到了CD段,少了一段减速过程。

800)this.width=800">
图2减速过程速度曲线

程序框图如图3所示,图中R为总剩余进给量(脉冲数),RA、RB、RC、RD、RE、RF分别对应图2减速曲线A、B、C、D、E、F点所对应的剩余进给量(脉冲数),可以由V、a、T、τ等参数算出。例如:

800)this.width=800">
800)this.width=800">
图3速度控制框图

2、几组参数的确定原则

(1)V0、V1和V2在常规的减速过程中,减速点的位置误差全靠最后低速趋近阶段来补偿,这样,V0就很不好选取。如果V0选得过小,应保证T0≥(VG/V0),则需要很长时间才能到达定位点;如果V0选得较大,直接影响定位精度。分段线性减速方法与常规的减速方法相比,增加了BC、DE两个时间段,减速点的位置误差可以在较高速度得到绝大部分的补偿。因此,V0可以选得很小。通常可取伺服系统的最低速度,这样可以提高伺服系统的定位精度。V1、V2可分别取伺服系统最高速度的1%和10%。

(2)a1、a1和a2 加速度越大,减速过程越短,但引起的冲击和误差也越大。因此,在高速阶段加速度可取大些,以保证减速过程的快速性;低速阶段应取较小的加速度,以保证定位精度。通常a1的值在数值上可取为与V0相等。

(3)T0、T1和T2 由前面分析可知,为了补偿减速点的位置误差,应取T0=KV1/V0,T1=KV2/V1,T2=KVG/V2,式中K为可靠性系数,用来补偿算法的计算误差及其它一些不确定因素的影响,常取K=1.1~1.3。

该方法与伺服系统本身特性无关,可作为任何伺服系统在任意速度下减速控制方法。在我们为上海机床厂研制的YKA7232蜗杆砂轮磨齿机数控系统中,采用了分段线性减速开环趋近定位点的控制方法。实测各轴定位精度和重复定位精度都控制在一个脉冲当量内,性能稳定,获得了很好的效果。

热销产品推荐
步进电机相关行业资讯推荐
1、步进电机驱动器结构原理图解
2、防爆电机的轴承保护
3、铝壳电机特点
4、丝杆直线电机生产制造商讲解步进电机的维护
5、步进电动机的特征
6、步进电机驱动器和细分数选择说明
7、步进电机是‘小个头大作用,微产品大产业’
8、同步步进电机和异步步进电机的区别
9、防爆电机接线盒注意事项
10、步进电机驱动器的细分数能否代表精度
11、步进电机驱动器的驱动控制原理
12、步进电机中的电励磁的工作过程有怎样的特点
13、开环步进伺服系统工作原理
14、步进电动机的脉冲分配电路
15、直线电机优缺点
16、关注这些问题步进电机才能长远的发展
17、高速无刷电机的主要性能特点
18、步进电机原理
19、步进电机在使用中具有更为优异的使用性能
20、直流无刷电机故障原因及处理方法
21、步进电机哪家质量有保障呢
22、在清理步进电机上需要操作者注意的事项
23、直流无刷电机的短路进行保护和过电流可以保护
24、步进电机工作原理讲解(一)
25、步进电机的起动频率为什么不能过高
26、分析为何高效电机难以成为用户手中的香饽饽
27、变频家电采用无刷直流电机广受消费者青睐
28、电机设备冒烟排查原因
29、浅谈步进电机的一些应用问题
30、我国自动化产业仍面临众多行业问题亟待解决
31、步进电机空载最高速度的问题
32、在电机制造中的地位越来越重要
33、口罩机电机选型攻略
34、步进电机噪声比较大
35、防爆电机的应用范围、爆炸概念及防爆原因
36、如何选择直线步进电机
37、伺服电机的测试步骤
38、高温电机哪家好
39、励磁调节器的作用、对调节性能的要求
40、google公司机器人AlphaGo战胜韩国围棋10段李世石
41、粉尘防爆电机如何选型
42、关键技术关于步进电机驱动器!
43、何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别
44、电流电压与步进电机性能关系
45、响应节能环保政策步进电机产业智能化发展成为必要趋势
46、什么无刷电机调试安装注意什么事项
47、智慧物流机器人广范使用大潮兴起
48、西门子伺服电机内置编码器的正确安装方法
49、一个步距角的实际值与理论值的误差
50、这些问题是工作人员在步进电机生产中需注意的
上一篇:    步进电机发展态势
下一篇:    防爆伺服电机价格是否就能决定防爆电机品质?
联系我们
 
电话:0755-27080712
邮箱:wsb@sz-jayng.com
地址:深圳市光明区公明镇新庄社区将石路大围同富工业区E栋2楼
深圳市嘉扬科技有限公司版权所有    粤ICP备2024172765号