摘 要：用環(huán)控制是數(shù)控機床提高加工精度的重要方法。針對經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的特點，提出了基于插樸緩沖區(qū)的閉環(huán)控制方法。該方法避免了復雜昂貴的專用硬件系統(tǒng)，又具有控制簡單、響應速度快的優(yōu)點，對數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)設計有較高的實用價值。 關鍵詞：經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)；用環(huán)控制；插補；緩沖區(qū) [align=center]Close Loop Control Method Based On Interpolation Buffer in Sample NC System[/align] Abstract: The close loop control is important method for numerical control（NC） machine to promote processing precision. In this paper, the author puts forward the close loop control method based on interpolation buffer. This method has two advantages of easy control and high reponse speed without any special hardwaresystem. It has high practicability in sample NC system. Key words：sample NC system；closed loop control; buffer 閉環(huán)控制是數(shù)控機床提高加工精度的重要方法。其控制精度的高低和響應速度直接決定著數(shù)控系統(tǒng)的加工精度和加工效率。目前，在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度的閉環(huán)控制，是各數(shù)控廠家和數(shù)控工作者面臨的一個難題。由于經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)一般是以單CPU為控制核心。大部分的硬件功能均由軟件仿真來實現(xiàn)，因此控制效率不高，實現(xiàn)高精度的閉環(huán)控制具有相當?shù)碾y度。因此，研究閉環(huán)控制原理，探討新的閉環(huán)控制實現(xiàn)方法，對提高經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的加工性能具有重要意義。 1閉環(huán)控制原理 數(shù)控系統(tǒng)基本的閉環(huán)控制原理是：控制核心將插補計算的理論位置與實際反饋位置進行比較，用其差值去控制進給電機，使實際值與理論值趨于重合，從而消除加工誤差。在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中，閉環(huán)控制主要應用于工作臺的直線移動位置控制，其閉環(huán)控制模型見示意圖圖1[1，2]。 在數(shù)控系統(tǒng)中，閉環(huán)控制與插補是緊密相關的，閉環(huán)控制以插補的數(shù)據(jù)為控制基礎。在實際應用中，常用的閉環(huán)控制實現(xiàn)方法主要有： 1）間接控制方法 間接控制方法將位置檢測的誤差值加人到插補過程中，通過修改插補數(shù)據(jù)的方法將加工誤差在下一次插補輸出的結果中得以修正，達到閉環(huán)控制的目的。這是一種軟件閉環(huán)控制方法，控制簡單，易于實現(xiàn)，經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)由于本身的限制常用此法。不難看出，間接控制方法具有控制滯后、響應精度低的缺點，采用這種方法很難提高閉環(huán)控制精度。 2）直接控制方法 直接控制方法將位置檢測的誤差值反饋到驅動系統(tǒng)上，通過專門的硬件電路將其與插補數(shù)據(jù)綜合，形成對伺服電機的二次控制，達到減小誤差的目的。這是一種硬件控制方法，其控制實時性好、響應精度高，但硬件系統(tǒng)復雜，成本高，常用于高精度的數(shù)控系統(tǒng)中。在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中，提高閉環(huán)精度的有效方法是采用直接控制方法。在實踐中，我們提出了基于插補緩沖區(qū)的閉環(huán)控制方法。 2基于插補緩沖區(qū)的閉環(huán)控制方法 數(shù)控系統(tǒng)的加工過程一般要經(jīng)過插補、輸出脈沖、反饋等幾個過程，傳統(tǒng)的方法是插補一次，發(fā)出個脈沖，檢測一次誤差。在這種方法下，控制過程是一種順序過程，其中各個環(huán)節(jié)相互制約，因此很難實現(xiàn)誤差的快速響應?；诓逖a緩沖區(qū)的閉環(huán)控制方法利用現(xiàn)代先進的多任務并行處理技術，采用前后臺控制模型來提高閉環(huán)響應速度。其基本原理是：建立一個高速插補緩沖插補區(qū)，插補過程插補出的控制數(shù)據(jù)存放在此緩沖區(qū)中。位控系統(tǒng)根據(jù)加工速度從此緩沖區(qū)中取出加工數(shù)據(jù)，并與反饋系統(tǒng)檢測的誤差數(shù)據(jù)合并處理。然后直接控制伺服電機。在這種方法下。位控過程與插補過程相對獨立，它們僅通過插補緩沖區(qū)進行數(shù)據(jù)傳遞，插補送人數(shù)據(jù)，它是在前臺實現(xiàn)的；位控提取數(shù)據(jù)，它是在后臺實現(xiàn)的。這種前后臺控制模型是一個多任務并行處理過程．它使插補和位控可以不順序實現(xiàn)，位控系統(tǒng)可以同時處理多個插補數(shù)據(jù)。而不必等待插補過程的執(zhí)行．因此它可以隨時將誤差數(shù)據(jù)與插補數(shù)據(jù)合并處理，實時地跟蹤誤差，從而可以提高閉環(huán)控制精度。 插補緩沖區(qū)定義為一個先進先出的數(shù)據(jù)隊列，長度可根據(jù)系統(tǒng)處理速度確定，以一個三軸數(shù)控系統(tǒng)為例，每一個數(shù)據(jù)節(jié)點為一個16位無符號整形數(shù)，格式定義如圖2。 每個電機的控制數(shù)據(jù)由4位組成，第1、2位確定電機轉向：o0為不動；01為正轉；10為反轉。第3位指定該次進給是誤差補償數(shù)據(jù)還是正常插補數(shù)據(jù)。例如：緩沖區(qū)某個數(shù)據(jù)為0xxxx010x001x000，表示X軸不動，Y軸正向進給，Z軸反向進給。位控系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)送出正確的電機控制字。 基于插補緩沖區(qū)的閉環(huán)控制方法是由位控系統(tǒng)根據(jù)誤差補償數(shù)據(jù)自動與插補數(shù)據(jù)合并而實現(xiàn)的。例如同樣的插補數(shù)據(jù)，位控任務在發(fā)送給伺服電機之前會根據(jù)誤差數(shù)據(jù)重新設置．假設此時向正向有誤差（未移動夠），位控系統(tǒng)根據(jù)向的控制數(shù)據(jù)進行合并處理，在本例中向不動（x000），合并后變?yōu)閤l01，即使電機正轉；如果向本身為反向（x010）．則合并為xl00，即電機不轉；如果向本身為正向（x001）則將誤差留到與下一個數(shù)據(jù)進行合并。經(jīng)過這樣的處理之后，位控系統(tǒng)及時地將加工誤差進行樸膳，提高了反饋補償?shù)捻憫俣?。而傳統(tǒng)的間接控制方法是將誤差補償數(shù)據(jù)編人插補算法中，這樣補償被人為地滯后，其響應速度自然降低。 3實驗 實驗是在Ⅻ一CXZ300數(shù)控多功能機床上進行的。實驗中所用的閉環(huán)檢測元件是普通金屬光柵尺．其檢測分辨率為0.001mm，Z向電機的脈沖當量為0.01mm。光柵尺安裝在Z軸上，系統(tǒng)通過與光柵尺配套的檢測控制卡讀取數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件采用多任務并行處理技術中的前后臺控制方法實現(xiàn)，位控模塊采用定時器中斷驅動運行，插補模塊采用循環(huán)控制方式運行，誤差檢測模塊由閉環(huán)控制卡的硬件中斷驅動運行。數(shù)控系統(tǒng)使用PID00通用微機做控制核心，插補緩沖區(qū)長度為200。 實驗分別測試了高速（1500mm／min、2500mm／min）、中速（300mm／min、720mm／min）、低速（18mm／min、60mm／min）下的誤差補償情況，實驗結果見表1。 數(shù)據(jù)表明，補償后誤差在0.01～0.03mm之間比沒有反饋補償?shù)恼`差0.02～0.05mm減小了1～2倍（此數(shù)據(jù)于1999年8月通過鑒定時所測），且高速時效果明顯，低速時效果較差，這主要是由于機床本身的精度較低所致。 4結論 實驗結果證明，在不使用特殊硬件系統(tǒng)的條件下，采用本文提出的閉環(huán)控制方法可以有效地提高數(shù)控系統(tǒng)的加工精度，是經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制的有效方法。 參考文獻 [1]任玉田．機床計算機數(shù)控技術[M]．北京：北京理工大學出版社。1996.4—6 [2]卓迪仕．數(shù)控技術及應用[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1997.283—305