基于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的高性能數(shù)控系統(tǒng)控制策略研究王軍平、樊文王安、敬忠良3 710072，1西安：T：學(xué)院，西安710032，海交通大學(xué)上?；砷_(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，將"I.件以及數(shù)控系疣作為統(tǒng)一整體考慮如何提苒細(xì)工S度。槎arr7開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的高性能數(shù)控系統(tǒng)控制策略關(guān)a：開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，高性能控制f數(shù)控系統(tǒng)1控制策略中明分類(lèi)號(hào)，TP273文，A作S介U平（19H―），男（漢S>.KH合陽(yáng)縣人。西此工此大士生自前數(shù)掄機(jī)床及其數(shù)控系統(tǒng)正朝著速。a稍度化智舴化發(fā)聯(lián)。面樁的主要挑故是實(shí)現(xiàn)硨速加工過(guò)s的監(jiān)控以及設(shè)計(jì)擁性眭的閥服控制器。然而，新型傳絕器、先進(jìn)的伺服控制算法a程控制策硌的發(fā)si及應(yīng)用師受到了傳統(tǒng)的敗控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的制，因而許多學(xué)者致力于嫌立新的體系結(jié)構(gòu)，即開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)。本文于開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)。t次將工件以及數(shù)控統(tǒng)作為統(tǒng)一體考慮婦何提加工精度，提葙于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的離性能數(shù)控系統(tǒng)校制策i開(kāi)a式控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述數(shù)控系統(tǒng)是一種專(zhuān)用的汁算機(jī)系統(tǒng)，它用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，而和通用計(jì)算機(jī)有許多區(qū)別。長(zhǎng)期以來(lái)，數(shù)s系統(tǒng)的發(fā)展自成體系。建立自己的軟梗件結(jié)構(gòu)，實(shí)行技術(shù)保密和技術(shù)封鎪從而使得機(jī)床生產(chǎn)廠(chǎng)家和終用難進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)制了機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的能力，當(dāng)教控機(jī)床進(jìn)人分布式控制和柔柱制造系統(tǒng)環(huán)境，甚至要求與CAD/CAPP/CAM等共網(wǎng)息系統(tǒng)通訊后，族有的以單機(jī)職務(wù)為對(duì)象的cnc裝涅逋得不夠用了，新的環(huán)填要求。“「裝置進(jìn)一步苘開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。
開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)猗遄采用櫝塊層次化的結(jié)HN并通過(guò)各種形式向外攏供統(tǒng)一的應(yīng)用程序接P，具有可移性。
可擴(kuò)展性、互操作性和可縮故性等特點(diǎn)，即系統(tǒng)組成的內(nèi)部開(kāi)放化和系疣姐成部件之間的開(kāi)放化，2羸性埔數(shù)按系統(tǒng)制策雕基于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的篼性能數(shù)控系統(tǒng)控斛策輅由伺極控制器、多傳ffi器檢測(cè)與倌息合、數(shù)字值號(hào)處理器三部分ffi成，如Kl 1所示，琛代加工系繚由伺鉭系統(tǒng)所支持。伺服系疣的件能對(duì)工件的葙度起著至關(guān)m要的作用前，大多數(shù)如工中心都裝備了伺服系統(tǒng)。這些伺M系統(tǒng)都使用傳統(tǒng)的戶(hù)0反館控制器隨著栩度要求越來(lái)趑阮。典速如工單靠反鐨控制己經(jīng)不行了-S此高性描魯棒運(yùn)動(dòng)控極為重要，其S的在于實(shí)現(xiàn)名義厴琮誤差接近fi分辨串。要實(shí)現(xiàn)充逢擇銪度如工目舫還拖著許多桃戰(zhàn)。ft主要的間尤是在存在抗動(dòng)、非線(xiàn)性辨劫不確定M情況下設(shè)計(jì)A速高奚度伺規(guī)控制器，當(dāng)使用有限帶寬的的伺版控制器時(shí)銪聯(lián)廷遲成為引起位置誤差的主要原因，從甜會(huì)影響工件的幾何稍度f(wàn)lSF系統(tǒng)應(yīng)該具有銫定菁棒性和性能螫棒性當(dāng)動(dòng)力學(xué)系坑的參數(shù)變化時(shí)，性能狒禪性汲得極為耍，這些網(wǎng)1會(huì)隨砰速加工時(shí)進(jìn)給速度的提商而更加嚴(yán)在設(shè)計(jì)高性能棒運(yùn)動(dòng)控制器時(shí)，這些H揉都應(yīng)于以考Lm和Totnimfca提出了鋅合蒔饋摩力補(bǔ)償。擾動(dòng)現(xiàn)鵡器，位置反館控粲器以及蒔餾制器為一體的總體控制結(jié)構(gòu)，即基于擾動(dòng)現(xiàn)（器的高性能伺埋系統(tǒng)（DOB），擾動(dòng)規(guī)（器用來(lái)樸鍺擾動(dòng)和模撖不確定性使得系統(tǒng)對(duì)校勘不確定淺更具魯棒性前饋ffi制器可采用S優(yōu)盍測(cè)控制。零相位誤差蹤控W.重復(fù)控斜辭來(lái)提離塒精庚，位迓反饋控制通常采用PID控制。對(duì)于非線(xiàn)性摩擦力補(bǔ)償，常用的方法有：基于指數(shù)型非線(xiàn)性函數(shù)的在線(xiàn)補(bǔ)償法，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的倒控制器補(bǔ)償法，魯棒型的重復(fù)控制和變結(jié)構(gòu)控制。但當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化較大或運(yùn)動(dòng)軌跡存在非連續(xù)加速度時(shí)，DOB則并不十分適當(dāng)。Yao和Tamizuka提出了新的運(yùn)動(dòng)控制方法，即自適應(yīng)魯棒控制，基于自適應(yīng)魯棒控制的篼性能伺服系統(tǒng)具有良好的跟蹤性能。
多傳感器檢測(cè)與信息融合在篼性能加工中，提篼加工精度常用的方法有基于提篼機(jī)床精度的誤差避免技術(shù)和基于消除誤差本身的誤差補(bǔ)償技術(shù)。這兩種方法*終的目的都是為了減少零件的加工誤差。本文將工件以及數(shù)控系統(tǒng)作為統(tǒng)一整體考慮如何提篼加工精度，通過(guò)多傳感器檢測(cè)將工件以及數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)。與單一傳感器系統(tǒng)相比較，多傳感器信息融合系統(tǒng)具有信息量大、容錯(cuò)性好和能獲得單一傳感器無(wú)法獲得的特征信息等優(yōu)點(diǎn)。加工過(guò)程是極其復(fù)雜多變的過(guò)程，位置、速度、溫度和切削力等變化相互影響，只有加強(qiáng)對(duì)這些信息的采集和識(shí)別處理，得到可靠的數(shù)據(jù)才能進(jìn)行正確的控制。通過(guò)多種傳感器測(cè)量相應(yīng)信號(hào)，然后利用多傳感器信息融合技術(shù)感知加工狀態(tài)信息，從而給控制器提供真實(shí)可靠的綜合信息，提高控制精度。
隨著對(duì)系統(tǒng)信息處理速度以及實(shí)時(shí)性的要求越來(lái)越篼，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了各種專(zhuān)用于實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的芯片DSP.與通用微處理器相比，其主要特點(diǎn)有二：DSP芯片大多采用哈佛結(jié)構(gòu)，即將程序指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間分開(kāi)，各有自己的地址與數(shù)據(jù)總線(xiàn)，這使得處理指令和數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行，從而大大提篼了處理效率；通用的微處理器在執(zhí)行一條指令時(shí)，需要若干各指令周期才完成，DSP芯片則采用流水線(xiàn)技術(shù)，盡管每條指令的執(zhí)行時(shí)間仍是幾個(gè)指令周期，但由于指令的流水作業(yè)，綜合起來(lái)看，每條指令的*終執(zhí)行的時(shí)間是在單個(gè)指令周期內(nèi)完成的。
在數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)處理器完成數(shù)據(jù)獲取、軌跡產(chǎn)生、控制策略選擇以及實(shí)時(shí)控制等功能。
3結(jié)束語(yǔ)本文從篼精度加工的要求出發(fā)，通過(guò)多傳感器信息融合技術(shù)將工件以及數(shù)控系統(tǒng)作為統(tǒng)一整體考慮如何提篼加工精度，提出了基于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的篼性能數(shù)控系統(tǒng)控制策略。該策略對(duì)于其他運(yùn)動(dòng)體的控制同樣具有價(jià)值。
黃金慶等。基于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的高性能數(shù)控系統(tǒng)的研制。制造技術(shù)與機(jī)床，1998（8）：1416陳美華等。加工誤差智能建模與預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。云南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，14（3）：69廖德崗。開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的研究及其發(fā)展現(xiàn)狀。機(jī)械，
