精密丝杠磨削加工误差智能控制补偿方法研究论文

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1、精密丝杠磨削加工误差智能控制补偿方法研究论文摘要：分析了精密丝杠磨削过程中螺距误差的变化规律；提出了一种改进算法的智能PID补偿控制方法，采用“四点中心差分法”对数据进行平滑处理；给出了一种能跟踪误差变化规律，实时修正PID参数的智能控制规则以及这种改进算法的程序实现框图。关键词：精密丝杠;误差;PID控制;智能补偿1引言滚珠丝杠作为高效、精密传动部件在数控机床和各种自动化设备上得到广泛应用。由于影响丝杠加工精度的因素极其繁多和复杂，给精密丝杠的加工带来了困难，如何采用有效的补偿控制方法来提高其加工精度历来是精密丝杠磨削加工中一个重要的研究课题。在补偿控制方法中，时间序列

2、预报补偿方法虽然能对误差进行建模并预报，然而由于建模时间长而影响补偿精度。模糊自学习补偿控制方法对丝杠短周期误差进行补偿研究，取得了较好的效果。但其中模糊控制规则等是建立在对误差规律的先验知识及经验积累之上的.freelBEDEquation.3、输入量的微分EMBEDEquation.3的三个分量的和成比例。其表达式为：EMBEDEquation.3（1）式中，EMBEDEquation.3为比例系数；EMBEDEquation.3为积分时间常数；EMBEDEquation.3为微分时间常数。对（1）式离散化可得到离散的数字式PID算法：EMBEDEquation.3（

3、2）式中EMBEDEquation.3为采样周期。数字PID调节框图如图1所示。2．2克服随机误差干扰的不完全微分PID控制PID调节器中的微分作用容易引进高频干扰。当干扰信号的频率很大时，即使信号的幅值很小，经微分后，由于频率的作用，也会使微分量的幅值变得很大。为抑制高频干扰，可在数字调节器中串接一个低通滤波器，如图2所示。图中，EMBEDEquation.3（３）对应的数字算式为：EMBEDEquation.3（4)式中，EMBEDEquation.3,.freelBEDEquation.3，EMBEDEquation.3为滤波系数，EMBEDEquation.3愈大

4、，带宽愈窄。实际中，由于测量系统的误差及机械系统的振动等使误差信号中含有大量的噪声干扰信号，而数字PID算法中的差分和二阶差分对这种噪声干扰特别敏感。为此我们针对调节器中的微分项进行平滑数据处理，对输入进行滤波。如图3所示，采用“四点中心差分法”来减小微分项对干扰的敏感度。这种方法就是用现在和过去四个采样点的偏差平均值来代替现实偏差进行差分运算。EMBEDEquation.3(5)EMBEDEquation.3整理后得：EMBEDEquation.3(6)以EMBEDEquation.3代替（4）式中的差分项EMBEDEquation.3，可得修改后的数字PID算法：EM

5、BEDEquation.3(7)2．3误差前馈补偿控制根据精密丝杠加工工艺特点，考虑实际补偿中机械滞后对补偿结果的影响，引入一种误差前馈补偿控制方法。将该误差反馈到输入端，即相当于输入信号R（S）经传递函数EMBEDEquation.3加到输入端，形成新的具有前馈补偿功能的系统，其模型如图4所示。新系统的误差为：EMBEDEquation.3（8）系统改进后，新系统的幅频特性得到提高，相位滞后减小，能有效地解决系统的稳定性和控制局精度之间的矛盾，系统的动态特性得到明显改善。3实时修正PID参数的智能控制规则根据丝杠磨削时螺距误差变化特征和对实际补偿效果进行分析，我们发现影

6、响补偿效果的一个重要因素即比例系数EMBEDEquation.3的合理选取。EMBEDEquation.3过大，容易造成校正过量，EMBEDEquation.3过小造成校正不足。为此我们引入一变量c:EMBEDEquation.3（9）即c为当前误差e(k)的符号和误差变化EMBEDEquation.3的符号之积。假设螺距误差曲线如图5所示，当误差为B处时，误差为正而误差变化率为负，c为负值，说明误差正朝着误差减小的方向变化，即曲线逼近零轴线，此时应适当减小EMBEDEquation.3值；当误差在C处时，误差和误差变化率皆为正，c为正值，说明误差正朝着误差增大的方向变化

7、，即曲线远离零轴线，此时应适当增大EMBEDEquation.3。引入调整因子EMBEDEquation.3，调整后比例系数为EMBEDEquation.3，则有：EMBEDEquation.3；式中EMBEDEquation.3（10）利用计算机很容易实现符号识别，从而对比例系数EMBEDEquation.3进行实时修正。另外在丝杠磨削补偿控制中，由于外界一些偶然因素的干扰（如信号丢失、机械振动、电磁干扰等）会造成测量误差突跳，我们称之为测量“野点”。当“野点”出现时必须采取相应措施，否则容易造成较大的补偿误差，甚至“扎刀”