本技術涉及數控機床調節控制，特別涉及一種五軸聯動數控機床聯動誤差綜合補償方法及裝置。

背景技術：

1、多軸加工中心是現代制造業中重要的加工設備，能夠滿足各種領域對于復雜零件的廣泛加工需求。多軸加工中心在進行曲面加工時，多個驅動軸協同運動過程中不可避免地會產生聯動誤差，尤其是在進行復雜曲面加工時，加工軌跡變化劇烈會使聯動誤差十分明顯。因而對多軸加工中心聯動誤差進行補償控制，對于提高復雜零件加工質量至關重要。

2、五軸聯動數控機床能夠適應各種復雜零件的加工，其中，伺服跟蹤誤差是影響數控機床加工過程中聯動誤差的主要因素，控制并降低單驅動軸跟蹤誤差，能夠在一定程度上間接降低數控機床的聯動誤差。

3、目前，相關技術中，常用的軌跡規劃方法，無法從根本上實現對各驅動軸復雜軌跡的完美平滑；廣泛的先進控制算法研究，雖然能夠顯著降低聯動誤差，但往往會導致控制系統穩定性的降低，因為在商用多軸加工中心中的應用十分受限。相比之下，伺服前饋是一種幾乎不影響系統穩定性，又能提高驅動軸跟蹤性能的方法，但是在高加工精度要求的場景下，其殘余誤差較大，進而會導致聯動誤差的增大，限制多軸加工中心的加工精度，亟待解決。

技術實現思路

1、本技術提供一種五軸聯動數控機床聯動誤差綜合補償方法及裝置，以解決現有的商用多軸加工中心的控制方法難以兼顧較高的聯動加工精度和保障控制系統穩定性等問題。

2、本技術第一方面實施例提供一種五軸聯動數控機床聯動誤差綜合補償方法，包括以下步驟：利用預設的前饋控制器對目標五軸聯動數控機床的驅動軸進行伺服前饋補償，以確定目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式，并通過所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式修正預先構建的聯動誤差預測模型，以得到修正聯動誤差預測模型，且通過所述修正聯動誤差預測模型計算所述目標五軸聯動數控機床對應的聯動誤差；根據預設的加工軌跡指令確定所述前饋控制器對應的前饋控制系數，并基于所述前饋控制系數和所述修正聯動誤差預測模型，計算所述聯動誤差對應的前饋補償殘差；基于預先構建的指令修正補償方法模型，并結合所述前饋補償殘差，修正所述加工軌跡指令，以綜合補償所述目標五軸聯動數控機床的聯動誤差。

3、可選地，在本技術的一個實施例中，所述利用預設的前饋控制器對目標五軸聯動數控機床的驅動軸進行伺服前饋補償，以確定目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式，并通過所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式修正預先構建的聯動誤差預測模型，以得到修正聯動誤差預測模型，且通過所述修正聯動誤差預測模型計算所述目標五軸聯動數控機床對應的聯動誤差，包括：基于預先構建的驅動軸跟蹤誤差預測模型，確定所述目標五軸聯動數控機床對應的單驅動軸跟蹤誤差表達式；通過所述前饋控制器對所述目標五軸聯動數控機床驅動軸進行伺服前饋補償，并結合所述單驅動軸跟蹤誤差表達式，構建目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式，且基于所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式，建立所述修正聯動誤差預測模型；基于所述修正聯動誤差預測模型，并結合預設的驅動軸指令位置，確定機床任意時刻的刀尖實際位置；獲取預設的加工軌跡指令位置中距離當前時刻下所述刀尖實際位置最近的目標點，并根據所述目標點對應的位置向量確定刀尖補償位置，以基于所述刀尖補償位置和所述刀尖實際位置，計算所述聯動誤差。

4、可選地，在本技術的一個實施例中，所述根據預設的加工軌跡指令確定所述前饋控制器對應的前饋控制系數，并基于所述前饋控制系數和所述修正聯動誤差預測模型，計算所述聯動誤差對應的前饋補償殘差，包括：基于所述加工軌跡指令，獲取所述目標五軸聯動數控機床對應的每個軸的驅動軸參考指令；根據所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式確定所述前饋控制器對應的前饋系數表達式，并將所述每個軸的驅動軸參考指令代入所述前饋系數表達式中，以得到每個軸對應的前饋系數；對所述每個軸對應的前饋系數進行取平均操作，以得到所述目標五軸聯動數控機床加工過程中的前饋控制系數；將所述前饋控制系數代入所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式中，得到目標五軸聯動數控機床對應的驅動軸跟蹤誤差，并根據所述驅動軸跟蹤誤差和所述修正聯動誤差預測模型計算所述前饋補償殘差。

5、可選地，在本技術的一個實施例中，所述基于預先構建的指令修正補償方法模型，并結合所述前饋補償殘差，修正所述加工軌跡指令，以綜合補償所述目標五軸聯動數控機床的聯動誤差，包括：基于所述修正聯動誤差預測模型，并結合所述驅動軸指令位置和所述驅動軸跟蹤誤差，計算刀尖指令位置和刀尖實際位置；根據所述刀尖指令位置和所述刀尖實際位置確定驅動軸補償位置，并計算所述驅動軸實際位置和所述驅動軸補償位置之間的驅動軸位置差值，以根據所述驅動軸位置差值確定驅動軸補償指令；對所述驅動軸補償指令和所述驅動軸指令位置進行疊加，以得到修正驅動軸指令位置，并基于所述修正驅動軸指令位置，綜合補償所述目標五軸聯動數控機床的聯動誤差。

6、可選地，在本技術的一個實施例中，所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式為：

7、

8、其中， m為負載慣量；為負載粘性摩擦系數；為前饋系數；表示為第 i個驅動軸的跟蹤誤差；分別為位置環比例增益、速度環比例增益和速度環積分時間常數； kt表示電機電磁轉矩系數； j、b分別為電機及絲杠的折合轉動慣量和電機及絲杠的粘性摩擦系數；為機械傳動系數；表示驅動軸加加速度；表示驅動軸加速度；表示驅動軸速度；分別為加加速度系數、加速度系數和速度系數。

9、可選地，在本技術的一個實施例中，所述前饋系數表達式的數學表達式為：

10、

11、其中， m為負載慣量；為負載粘性摩擦系數；為所述前饋系數；表示為第 i個驅動軸的跟蹤誤差；分別為速度環比例增益和速度環積分時間常數； kt表示電機電磁轉矩系數； j、b分別為電機及絲杠的折合轉動慣量和電機及絲杠的粘性摩擦系數；為機械傳動系數；表示驅動軸加加速度；表示驅動軸加速度；表示驅動軸速度。

12、本技術第二方面實施例提供一種五軸聯動數控機床聯動誤差綜合補償裝置，包括：模型修正模塊，用于利用預設的前饋控制器對目標五軸聯動數控機床的驅動軸進行伺服前饋補償，以確定目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式，并通過所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式修正預先構建的聯動誤差預測模型，以得到修正聯動誤差預測模型，且通過所述修正聯動誤差預測模型計算所述目標五軸聯動數控機床對應的聯動誤差；殘差計算模塊，用于根據預設的加工軌跡指令確定所述前饋控制器對應的前饋控制系數，并基于所述前饋控制系數和所述修正聯動誤差預測模型，計算所述聯動誤差對應的前饋補償殘差；綜合補償模塊，用于基于預先構建的指令修正補償方法模型，并結合所述前饋補償殘差，修正所述加工軌跡指令，以綜合補償所述目標五軸聯動數控機床的聯動誤差。

13、可選地，在本技術的一個實施例中，所述模型修正模塊包括：表達式構建單元，用于基于預先構建的驅動軸跟蹤誤差預測模型，確定所述目標五軸聯動數控機床對應的單驅動軸跟蹤誤差表達式；伺服前饋補償單元，用于通過所述前饋控制器對所述目標五軸聯動數控機床驅動軸進行伺服前饋補償，并結合所述單驅動軸跟蹤誤差表達式，構建目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式，且基于所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式，建立所述修正聯動誤差預測模型；確定單元，用于基于所述修正聯動誤差預測模型，并結合預設的驅動軸指令位置，確定機床任意時刻的刀尖實際位置；第一獲取單元，用于獲取預設的加工軌跡指令位置中距離當前時刻下所述刀尖實際位置最近的目標點，并根據所述目標點對應的位置向量確定刀尖補償位置，以基于所述刀尖補償位置和所述刀尖實際位置，計算所述聯動誤差。

14、可選地，在本技術的一個實施例中，所述殘差計算模塊包括：第二獲取單元，用于基于所述加工軌跡指令，獲取所述目標五軸聯動數控機床對應的每個軸的驅動軸參考指令；第一代入單元，用于根據所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式確定所述前饋控制器對應的前饋系數表達式，并將所述每個軸的驅動軸參考指令代入所述前饋系數表達式中，以得到每個軸對應的前饋系數；取平均單元，用于對所述每個軸對應的前饋系數進行取平均操作，以得到所述目標五軸聯動數控機床加工過程中的前饋控制系數；第二代入單元，用于將所述前饋控制系數代入所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式中，得到目標五軸聯動數控機床對應的驅動軸跟蹤誤差，并根據所述驅動軸跟蹤誤差和所述修正聯動誤差預測模型計算所述前饋補償殘差。

15、可選地，在本技術的一個實施例中，所述綜合補償模塊包括：第一計算單元，用于基于所述修正聯動誤差預測模型，并結合所述驅動軸指令位置和所述驅動軸跟蹤誤差，計算刀尖指令位置和刀尖實際位置；第二計算單元，用于根據所述刀尖指令位置和所述刀尖實際位置確定驅動軸補償位置，并計算所述驅動軸實際位置和所述驅動軸補償位置之間的驅動軸位置差值，以根據所述驅動軸位置差值確定驅動軸補償指令；疊加單元，用于對所述驅動軸補償指令和所述驅動軸指令位置進行疊加，以得到修正驅動軸指令位置，并基于所述修正驅動軸指令位置，綜合補償所述目標五軸聯動數控機床的聯動誤差。

16、可選地，在本技術的一個實施例中，所述目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式為：

17、

18、其中， m為負載慣量；為負載粘性摩擦系數；為前饋系數；表示為第 i個驅動軸的跟蹤誤差；分別為位置環比例增益、速度環比例增益和速度環積分時間常數； kt表示電機電磁轉矩系數； j、b分別為電機及絲杠的折合轉動慣量和電機及絲杠的粘性摩擦系數；為機械傳動系數；表示驅動軸加加速度；表示驅動軸加速度；表示驅動軸速度；分別為加加速度系數、加速度系數和速度系數。

19、可選地，在本技術的一個實施例中，所述前饋系數表達式的數學表達式為：

20、

21、其中， m為負載慣量；為負載粘性摩擦系數；為所述前饋系數；表示為第 i個驅動軸的跟蹤誤差；分別為速度環比例增益和速度環積分時間常數； kt表示電機電磁轉矩系數； j、b分別為電機及絲杠的折合轉動慣量和電機及絲杠的粘性摩擦系數；為機械傳動系數；表示驅動軸加加速度；表示驅動軸加速度；表示驅動軸速度。

22、本技術第三方面實施例提供一種電子設備，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序，以實現如上述實施例所述的五軸聯動數控機床聯動誤差綜合補償方法。

23、本技術第四方面實施例提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲計算機程序，該程序被處理器執行時實現如上的五軸聯動數控機床聯動誤差綜合補償方法。

24、本技術第五方面實施例提供一種計算機程序產品，包括計算機程序，所述計算機程序被執行，以用于實現上述的五軸聯動數控機床聯動誤差綜合補償方法。

25、由此，本技術的實施例具有以下有益效果：

26、本技術的實施例可通過利用預設的前饋控制器對目標五軸聯動數控機床的驅動軸進行伺服前饋補償，以確定目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式，并通過目標驅動軸跟蹤誤差計算表達式修正預先構建的聯動誤差預測模型，以得到修正聯動誤差預測模型，且通過修正聯動誤差預測模型計算目標五軸聯動數控機床對應的聯動誤差；根據預設的加工軌跡指令確定前饋控制器對應的前饋控制系數，并基于前饋控制系數和修正聯動誤差預測模型，計算聯動誤差對應的前饋補償殘差；基于預先構建的指令修正補償方法模型，并結合前饋補償殘差，修正加工軌跡指令，以綜合補償目標五軸聯動數控機床的聯動誤差。本技術可在不影響數控系統穩定性的前提下，綜合伺服前饋，控制伺服前饋補償后的聯動誤差殘差（即前饋補償殘差），進一步提高機床聯動加工精度，為商用多軸加工中心提供一種有效的聯動誤差綜合補償策略。

27、由此，解決了現有的商用多軸加工中心的控制方法難以兼顧較高的聯動加工精度和保障控制系統穩定性等問題。

28、本技術附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術的實踐了解到。