精教控回轉工作臺位置控命1的所堯王永青王春林樂忠（大連理工大學機械工程學院，大連116023）制，文中提出了半閉環智能PID控制方法，并針對轉臺中蝸輪蝸桿傳動機構的特點，提出了精密數控回轉工作臺的雙向螺距誤差補償方法。該控制算法和補償算法已經應用在某航天火箭噴管銑槽加工控制系統中。

　　當需要數控機床具有復雜的曲線和曲面加工能力時，必須配備回轉軸，而數控回轉工作臺是在數控機床上完成回轉進給功能的直接部件。采用蝸輪蝸桿傳動副的數控回轉工作臺，減速比大，可以提篼電機扭矩，并且具有“自鎖”功能，可以在電機失電后保持工件的位置，因此，在實際中得到了廣泛的應用。目前，由于受到成本較高及反饋元件安裝困難等因素的影響，較少采用全閉環控制方式，而更多采用半閉環控制，如所示。

　　在對數控轉臺進行位置控制過程中，為達到運行快速且平穩的要求，必須開發一種智能的PID算法；為保證機床的精度要求，必須對蝸輪蝸桿傳動副的反向間隙誤差和螺距誤差進行補償。作者在調試某航天火箭噴管銑槽控制系統過程中發現，對于數控回轉工作臺，若也象直線進給軸那樣采用單方向的螺距誤差補償，并不能收到良好效果。為此，針對蝸輪蝸桿傳動副的特點，開發了基于智能PID控制的雙向螺距誤差補償方法，能夠很好地滿足精密轉臺的位置控制要求。

　　1數控回轉工作臺的智能PID控制所示的控制系統是按跟隨誤差控制的隨動系統。系統的速度環和電流環控制由全數字交流伺服單元內部完成。位置環在CNC的系統軟件內實施，采用智能PID控制，具有魯棒性強、算法簡潔等優點，非常適合于奄秒級的計算機實時控制，是目前絕大多數數控系統采用的控制算法。

　　數控轉臺的運動過程，可以分為如所示的三種階段。中，巧為轉臺起始位置，P2為轉臺目標位置。在階段/1時，位置控制處于速度跟蹤狀態，轉臺以編程指定速度跟蹤指令位置而轉動。在階段B時，位置控制處于由動態到穩態的過渡狀態，轉臺減速并即將運行至目標位置。在階段C時，位置控制處于進給保持狀態，轉臺保持現有位置。

　　根據不同的位置控制階段，應該分別采用不同的控制算法和PID參數，即智能PID控制。

　　指令位￡恂服輦元和伺服電機為便于實現毫秒級的實時控制，智能PID控制的知識推理決策機必須簡單快捷，且盡可能直接辯識出階段/1、階段B和階段C.在控制系統中，采用跟隨誤差e作為推理信息之一，對于階段S采用延時計數器counter控制過渡時間。所以，可以選取跟隨誤差門限值農和延時計數常數G作為推理決策機的專家知識。推理決策機表達式為：在實際系統中開發智能PID位置控制方法，如所示。

　　知識推理決策機-控制SA控制B智能P1D控制器在階段七為了消除靜態誤差，改善轉臺實際位置對指令位置變化的跟蹤能力，提高響應的快速性，引人“比例+前饋”復合控制。控制器/1的輸出u（a）為：u（a）=心S+‘eU）其中，尺/為前饋系數，S為指令坐標增量，為比例控制系數，e（幻為當前采樣周期的跟隨誤差值。

　　S階段是進人穩態前的過渡階段，要求盡可能無超調，所以撤消前饋作用，只采用比例控制，控制器B輸出u（6）為：u（b）=Kf'e（k）C階段是位置保持階段，為保證系統定位精度，提高系統對微小擾動的抗干擾靈敏度，采用PID控制，控制器e輸出u（c）為：其中為比例控制系數，反為積分控制系數，心為微分控制系數。

　　在完成調試的某航天火箭噴管銑槽控制系統中，數控轉臺PID控制參數值為：/=0.2，‘=0.1，’=0.2，=0.01，2雙向螺距誤差補償半閉環系統的反向間隙補償較簡單，在此不贅述。

　　螺距誤差補償是半閉環數控系統的關鍵功能之一，是提高系統定位精度的主要手段之一。對于直線運動軸，滾珠絲杠運動副的精度較高，采用單方向螺距誤差補償可以達到設計和使用要求。對于采用蝸輪蝸桿副作為速和分度執行部件的數g轉臺，在同一坐標區間內，向正反兩個方向運動時，其嫌距誤差值差別較大。若也象直線運動軸那樣，只采用單方向嫌距誤差補償，補償效果并不理想，因此，當數控轉臺向正反兩個方向運動時，必須采用不同的嫌距補償數據，即必須進行雙向螺距誤差補償，其補償過程如所示。

　　其中，P；為實測機床坐標值，i為誤差唯區間索引，i由下式給出：考慮到正負號因素，系統校正算法如下：指令坐標/P；機床轉臺回機床零點后，在轉臺上安裝標準36面體棱鏡，取螺距誤差補償區間為10°。數控編程令轉臺向正向轉動，每101W得機床轉臺旋轉一周實際坐標值絕對誤差，如中折線系統正向媒距辛后，測得轉臺正向旋轉坐標值絕對誤差如中折線“□”所示。由該折線數據可以看出，轉臺正向補償數據已經有效，效果明I轉臺單向鰾距誤差辛瞧成后，由36響0.負向轉動，測得數據如中折線“A”所示。由于蝸輪蝸桿副的機械加工誤差，盡管轉臺正向運轉媒距誤差已經哨，但是負向媒距誤差依然很大，需要對媒距誤差進行負向哨。雙向辛嘴后的轉臺實測坐標誤差如中的折線“□”和“O”所示。可以看出，經過雙向嫌距誤差補償后，系統轉臺的定位精度得到了極大的改善。

　　3結語在對精密數控轉臺的位置控制中，根據數控轉臺的不同運行階段，所開發的智能PID控制算法效果良好，轉臺運行平穩，響應速度快。針對精密數控回轉工作臺中蝸輪蝸桿副的運行特點，提出并實施的雙向螺距誤差補償方法較好地解決了此類部件的螈距誤差補償問題。綜合運用智能PID算法和雙向虧距誤差補償方法，能夠實現精密數控回轉工作臺的精確位置控制。

　　這里所述的PID控制算法和誤差補償方法已經應用在實際的控制系統中，驗證了所開發的控制方案的可行性和正確性。