多轴全闭环运动控制插补器

1.一种多轴全闭环运动控制插补器，该插补器将一段由多个运动轴合成的空间目标短直线，经过全闭环的PID调节，实现各个轴的实际位置插补；该多轴全闭环插补器由四个过程对实际位置和速度不断刷新控制，从而实现加工过程中的实际速度和位置的插补，该四个过程包括插补周期规划，运动规划，运动实际位置偏差反馈，其特征在于，该四个过程还包括各轴PID跟随调节；
所述多轴全闭环运动控制插补器具体由实现以下的过程限定：
过程A：对于要进行插补的目标空间短直线（X，Y，Z……W）和速度V，确定插补周期T；
计算直线距离S；插补次数N=S/（VT）,计算各轴在1，2……段的速度和位置，X轴，会有Vx1,Vx2, ……Vxn；Sx1,Sx2,……Sxn;Y轴会有Vy1,Vy2……Vyn；Sy1,Sy2……Syn;如此类推；
Vx1=X/(NT) Sx1=X/N
Vy1=Y/(NT) Sy1=Y/N；
过程B：对目标位置进行运动形态的规划：包括速度形态的确定，包括：起始速度，目标速度和加速度；加速形态的确定，包括：梯形加速，S形加速和指数形加速；跟随参考轴的确定，包括X轴，Y轴或Z轴；
假定X轴为跟随参考轴，需进行S形加速，则将X轴的位置和速度按S形加速模式重新计算，作为单轴加速指令发送到驱动器；而Y轴，Z轴……W轴则按过程A所计算的结果发送到驱动器；
将各运动轴的实际位置和速度通过编码器或光栅反馈到插补器，插补器将实际位置和插补周期规划数据进行比对，形成各轴的速度和位置偏差，各轴实际位置和速度分别为：
X轴：FSx1,FVx1
Y轴：FSy1,FVy1
……
W轴：FSw1,FVw1；
则各轴的实际位置和速度偏差为：
X轴：⊿Sx1, ⊿Vx1
Y轴：⊿Sy1, ⊿Vy1
……
W轴：⊿Sw1, ⊿Vw1；
根据反馈到的各轴实际偏差，结合插补规划的各轴第n次的插补数据，与跟随参考轴的偏差在各轴的投影值，形成新的目标数据，经过PID调节运算后形成各轴的该次运动控制数据发送到各运动轴；
通过检测到参考轴的偏差⊿Sx1和 ⊿Vx1，分别投影到其他各轴，则有：
Y轴：Tsy1=Y⊿Sx1/X;Tvy1=Y⊿Vx1/X;
……
W轴：Tsw1=W⊿Sx1/X;Tvw1=W⊿Vx1/X;
则修正后的各轴位置和速度为：
Y轴：Zsy2=⊿Sy1+ Tsy1+Sy2;
Zvy2=⊿Vy1+ Tvy1+Vy2;
……
W轴：Zsw2=⊿Sw1+ Tsw1+Sw2;
Zvw2=⊿Vw1+ Tvw1+Vw2;
将以上各轴修正后的位置和速度代入到PID调节器，则得出新的目标位置和速度，
对于Y轴则有：
Nsy2=PID(⊿Sy1, Zsy2,T)
Nvy2=PID(⊿Vy1, Zvy2,T)
……
对于W轴则有：
Nsw2=PID(⊿Sw1, Zsw2,T)
Nvw2=PID(⊿Vw1, Zvw2,T)
将以上经过PID调节过后的数据发送到伺服驱动器；
如是类推，当第t个差补周期时则有：
Nswt=PID(⊿Swt-1, Zswt,T)
Nvwt=PID(⊿Vwt-1, Zvwt,T)。

多轴全闭环运动控制插补器\n技术领域：\n[0001] 多轴全闭环运动控制插补器。该项发明主要应用于机电一体化的运动控制器，数控系统，飞剪系统，追剪系统，同步运动控制，机器人控制系统等领域，尤其需要多轴高速高精的联动控制应用上。\n背景技术：\n[0002] 目前实现多轴闭环控制的插补方法是运动控制插补器将目标位置投影到各轴，各运动轴单独形成闭环即各轴接收实际位置的回馈并且单独进行控制。这种方法的实现有很大的局限性：\n[0003] 1.无论各轴的闭环如何调整，实际运动位置和目标位置的偏差总是存在的，而且由于各轴的负载不一样以及实际运动中的各轴加速度不一样必将形成各轴偏差不一样，这样会导致实际的运动轨迹偏离目标轨迹。而且由于实际加工工件的负载和运动轨迹的不确定性，导致这种实际偏离不可控。\n[0004] 2.很难实现高精度的多轴同步控制。\n发明内容：\n[0005] 本多轴全闭环运动控制插补器是将一段由多个运动轴合成的空间目标短直线，经过全闭环的PID调节，实现各个轴的实际位置插补。克服在实际加工过程中由于某轴的位置偏差而导致实际加工轨迹产生较大误差。本插补器由于采用各轴实际位置的全闭环反馈，插补过程中以以实际运动位置为基础进行全闭环的PID调节，从而避免了某个轴的偏差引起的整个轨迹的较大偏差，可以高精度的实现多轴的高速联动。其特征在于该多轴全闭环插补器由插补周期规划，运动规划，运动实际位置偏差反馈，各轴PID跟随调节四个个过程对实际位置和速度不断刷新控制，从而实现加工过程中的实际速度和位置的插补。。\n[0006] 附图说明：图1多轴全闭环运动控制插补器流程图；\n具体实施方式：\n[0007] 1.对于要进行插补的目标空间短直线(X，Y，Z…W)和速度V，确定插补周期T；计算直线距离S；插补次数N＝S/(VT)，计算各轴在1，2…..N段的速度和位置，如X轴，会有Vx1，Vx2，….Vxn；Sx1，Sx2，….Sxn；Y轴会有Vy1，Vy2……Vyn；Sy1，Sy2……Sxn；如此类推。\n[0008] Vx1＝X/(NT) Sx1＝X/N\n[0009] Vy1＝Y/(NT) Sy1＝Y/N\n[0010] 2.对目标位置进行运动形态的规划；包括速度形态的确定如起始速度，目标速度，加速度；加速形态的确定如梯形加速，S形加速，指数形加速等；跟随参考轴的确定如X轴，Y轴或Z轴等。\n[0011] 假定X轴为跟随参考轴，需进行S开加速，则将X轴的位置和速重新按S形加速模式重新计算，作为单轴加速指令发送到驱动器；而Y轴，Z轴….W轴则按步骤1所计算结果发送到驱动器；\n[0012] 3.将运动各轴的实际位置或速度通过编码器或光栅将各运动轴的实际位置反馈到插补器，插补器将实际位置和插补周期规划数据进行比对，形成各轴的速度和位置偏差。\n如各轴实际位置和速度分别为：\n[0013] X轴：FSx1，FVx1\n[0014] Y轴：FSy1，FVy1\n[0015] W轴：FSw1，FVw1\n[0016] 各轴的实际位置和速度偏差为：\n[0017] X轴：ΔSx1，ΔVx1\n[0018] Y轴：ΔSy1，ΔVy1\n[0019] …..\n[0020] W轴：ΔSw1，ΔVw1\n[0021] 4.根根据反馈到的各轴实际偏差，结合插补规划的各轴第n次的插补数据，与跟随参考轴的偏差在各轴的投影值，形成新的目标数据，经过PID调节运算后形成各轴的该次运动控制数据发送到各运动轴。\n[0022] 通过检测到参考轴的偏差ΔSx1和ΔVx1，分别投影到其他各轴，则有：\n[0023] Y轴：Tsy1＝YΔSx1/X；Tvy1＝YΔVx1/X；\n[0024] …..\n[0025] W轴：Tsw1＝WΔSx1/X；Tvw1＝WΔVx1/X；\n[0026] 则修正后的各轴位置和速度为：\n[0027] Y轴：Zsy2＝ΔSy1+Tsy1+Sy2；\n[0028] Zvy2＝ΔVy1+Tvy1+Vy2；\n[0029] ….\n[0030] W轴：Zsw2＝ΔSw1+Tsw1+Sw2；\n[0031] Zvw2＝ΔVw1+Tvw1+Vw2；\n[0032] 将以上各轴修正后的位置和速度代入到PID调节器，则得出新的目标位置和速度，\n[0033] 对于Y轴则有：\n[0034] Nsy2＝PID(ΔSy1，Zsy2，T)\n[0035] Nvy2＝PID(ΔVy1，Zvy2，T\n[0036] …..\n[0037] 对于W轴则有：\n[0038] Nsw2＝PID(ΔSw1，Zsw2，T)\n[0039] Nvw2＝PID(ΔVw1，Zvw2，T\n[0040] 将以上经过PID调节过后的数据发送到伺服驱动器。\n[0041] 如是类推，当第t个差补周期时则有：\n[0042] Nswt＝PID(ΔSwt-1，Zswt，T)\n[0043] Nvwt＝PID(ΔVwt-1，Zvwt，T