理后的数据经D/A转换并经过功率放大后送入磁轴承，由磁轴承产生的磁力对回转主轴的运动进行控制，消除回转运动误差，以提高主轴的回转运动精度。
[0057]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一所述的基于主轴回转误差的控制系统的区别在于，所述的DSP20-2采用TMS320LF2407A实现。
[0058]本实施方式，上述的控制系统采用TMS320LF2407A为单片机DSP的芯片，构成功能齐全的全数字矢量控制系统。位移传感器的输出端经过各自的滤波处理，经过A/D转换与单片机的输入端相连，单片机的输出端与D/A转换的输入端，以及计算机的输入端相连，D/A转换的输出端与功放相连，然后由功放的输出端将信号反馈到两个磁轴承上，具体参见图3。
[0059]【具体实施方式】三:参见图2说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】一所述的基于主轴回转误差的控制系统的区别在于，所述的DSP20-2包括A/D转换模块(20-2-1)、减法器(20-2-2)、微分模块(20-2-3)、Fuzzy自调整模块20-2-4、PID控制模块20-2-5 ；
[0060]所述的A/D转换模块(20-2-1)信号输入端与滤波器20_1的信号输出端连接，A/D转换模块(20-2-1)的信号输出端与减法器(20-2-2)的减数信号输入端连接，减法器(20-2-2)的数据信号输出端同时与微分模块(20-2-3)的信号输入端和PID控制模块20-2-5的I号数据信号输入端连接，微分模块(20-2-3)的信号输出端与Fuzzy自调整模块20-2-4的信号输入端连接，Fuzzy自调整模块20_2_4的信号输出端与PID控制模块20_2_5的2号数据信号输入端连接，PID控制模块20-2-5的信号输出端作为DSP20-2的信号输出端，Fuzzy自调整模块20-2-4的信号输入输出端与PC机20_5的信号输入输出端连接。
[0061]本实施方式中，使用的模糊自调整PID控制模块，系统采用上下位机主从式并行工作方式，上位机为PC机，下位机为DSP20-2 O上位机作为后台管理，以串行通信方式与DSP进行数据交换，完成对DSP的启动和停止工作，控制DSP的控制算法程序加载，实现磁轴承系统工作时在线参数的变更。
[0062]DSP20-2内部设定标准值，使标准值与A/D转换模块(20_2_1)输出的数字信号作差。
[0063]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】三所述的基于主轴回转误差的控制系统的区别在于，所述的Fuzzy自调整模块20-2-4包括Fuzzy推理模块和参数修正模块；
[0064]所述的Fuzzy推理模块的信号输入端作为Fuzzy自调整模块20_2_4的信号输入端，
[0065]Fuzzy推理模块的信号输出端与参数修正模块的信号输入端连接，参数修正模块的信号输出端作为Fuzzy自调整模块20-2-4的信号输出端；
[0066]Fuzzy推理模块的信号输入输出端和参数修正模块的信号输入输出端均作为Fuzzy自调整模块20-2-4的信号输入输出端。
[0067]本实施方式，DSP20-2是由直接控制器和间接控制器两部分组成:直接控制器部分是PID控制器，间接控制器部分是模糊推理。
[0068]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一所述的基于主轴回转误差的控制系统的区别在于，所述的DSP20-2的控制方式采用模糊自整定PID法。
[0069]本实施方式，模糊自整定PID控制法采用误差和误差率作为输入，以比例Kp、积分Ki和微分K ^乍为输出，根据不同时刻的误差和误差率对PID的参数进行在线自调整，达到了提高误差补偿控制系统响应速度、精度及稳态的目的。
[0070]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一所述的基于主轴回转误差的控制系统的区别在于，所述的I号位移传感器3和5号位移传感器16相对设置，且6号位移传感器18垂直于I号位移传感器3与5号位移传感器16形成的直线；
[0071]2号位移传感器8和4号位移传感器15相对设置，且3号位移传感器14垂直于2号位移传感器8与4号位移传感器15形成的直线。
【主权项】
1.基于主轴回转误差的控制系统，其特征在于，它包括动力系统、高压供气系统、主轴系统和控制系统； 动力系统包括伺服电机(I)和主轴(9); 高压供气系统包括阀门(10)、过滤器(11)、通气口(12)和高压气源(13); 主轴系统包括I号磁轴承(4)、双向气体止推轴承(5)、2号磁轴承￠)、1号气体轴承(7)、2号气体轴承(17)、I号位移传感器(3)、2号位移传感器(8)、3号位移传感器(14)、4号位移传感器(15)、5号位移传感器(16)、6号位移传感器(18)和光电编码器(19)； 控制系统包括滤波器(20-1)、DSP (20-2)、D/A转换器(20_3)、功率放大器(20_4)和PC机(20-5)； 伺服电机(I)通过皮带轮(2)带动主轴(9)转动，光电编码器(19)用于检测主轴(9)在旋转过程中的偏转角度， I号位移传感器(3)、5号位移传感器(16)和6号位移传感器(18)分别用于检测主轴(9)一端沿三个方向的径向位移，其中，I号位移传感器(3)、5号位移传感器(16)和6号位移传感器(18)位于同一平面内，且所述平面垂直于主轴(9)，所述I号位移传感器(3)、5号位移传感器(16)和6号位移传感器(18)均位于以主轴(9)为中心的同一个圆周上， I号位移传感器(3)、5号位移传感器(16)和6号位移传感器(18)位于2号气体轴承(17)的左侧， 2号位移传感器(8)、3号位移传感器(14)和4号位移传感器(15)分别用于检测主轴(9)的另一端沿三个方向的径向位移； 其中，2号位移传感器(8)、3号位移传感器(14)和4号位移传感器(15)位于同一平面内，且所述平面垂直于主轴(9)，2号位移传感器(8)、3号位移传感器(14)和4号位移传感器(15)均位于以主轴(9)为中心的同一个圆周上， 2号位移传感器(8)、3号位移传感器(14)和4号位移传感器(15)位于I号气体轴承(7)的右侧， I号磁轴承(4)、双向气体止推轴承(5)、2号磁轴承￠)、1号气体轴承(7)和2号气体轴承(17)均嵌在主轴(9)外，双向气体止推轴承(5)位于主轴(9)的中间， I号磁轴承(4)和2号磁轴承￠)以双向气体止推轴承(5)为镜面呈镜像对称设置，2号气体轴承(17)和I号气体轴承(7)以双向气体止推轴承(5)为镜面呈镜像对称设置，I号磁轴承(4)位于2号气体轴承(17)和双向气体止推轴承(5)之间， 高压气源(13)输出的气体依次经通气口(12)、过滤器(11)、阀门(10)后，同时送至I号气体轴承(7)和2号气体轴承(17)，滤波器(20-1)用于将采集的I号位移传感器(3)、2号位移传感器(8)、3号位移传感器(14)、4号位移传感器(15)、5号位移传感器(16)和6号位移传感器(18)输出的位移信号，及光电编码器(19)输出的偏转角度进行数字滤波后送至 DSP (20-2)， DSP (20-2)用于对接收的信号进行处理，获得控制信号，并将该控制信号经D/A转换器(20-3)和功率放大器(20-4)处理后，对I号磁轴承⑷和2号磁轴承(6)进行控制， PC机(20-5)用于通过串行通信方式与DSP (20-2)进行数据交换。
2.根据权利要求1所述的基于主轴回转误差的控制系统，其特征在于，所述的DSP (20-2)采用 TMS320LF2407A 实现。
3.根据权利要求1所述的基于主轴回转误差的控制系统，其特征在于，所述的DSP (20-2)包括A/D转换模块(20-2-1)、减法器(20-2-2)、微分模块(20-2-3)、Fuzzy自调整模块(20-2-4)、PID控制模块(20-2-5)； 所述的A/D转换模块(20-2-1)信号输入端与滤波器(20-1)的信号输出端连接，A/D转换模块(20-2-1)的信号输出端与减法器(20-2-2)的减数信号输入端连接，减法器(20-2-2)的数据信号输出端同时与微分模块(20-2-3)的信号输入端和PID控制模块(20-2-5)的I号数据信号输入端连接，微分模块(20-2-3)的信号输出端与Fuzzy自调整模块(20-2-4)的信号输入端连接，Fuzzy自调整模块(20_2_4)的信号输出端与PID控制模块(20-2-5)的2号数据信号输入端连接，PID控制模块(20-2-5)的信号输出端作为DSP(20-2)的信号输出端，Fuzzy自调整模块(20-2-4)的信号输入输出端与PC机(20-5)的信号输入输出端连接。
4.根据权利要求3所述的基于主轴回转误差的控制系统，其特征在于，所述的Fuzzy自调整模块(20-2-4)包括Fuzzy推理模块和参数修正模块； 所述的Fuzzy推理模块的信号输入端作为Fuzzy自调整模块(20_2_4)的信号输入端， Fuzzy推理模块的信号输出端与参数修正模块的信号输入端连接，参数修正模块的信号输出端作为Fuzzy自调整模块(20-2-4)的信号输出端； Fuzzy推理模块的信号输入输出端和参数修正模块的信号输入输出端均作为Fuzzy自调整模块(20-2-4)的信号输入输出端。
5.根据权利要求1所述的基于主轴回转误差的控制系统，其特征在于，所述的DSP (20-2)的控制方式采用模糊自整定PID法。
6.根据权利要求1所述的基于主轴回转误差的控制系统，其特征在于，所述的I号位移传感器(3)和5号位移传感器(16)相对设置，且6号位移传感器(18)垂直于I号位移传感器(3)与5号位移传感器(16)形成的直线； 2号位移传感器(8)和4号位移传感器(15)相对设置，且3号位移传感器(14)垂直于2号位移传感器(8)与4号位移传感器(15)形成的直线。
【专利摘要】基于主轴回转误差的控制系统，涉及一种主轴回转误差的控制系统。解决了现有数控机床的主轴工作时回转误差大，导致的主轴回转精度低的问题。它包括动力系统、高压供气系统、主轴系统和控制系统；动力系统包括伺服电机和主轴；高压供气系统包括阀门、过滤器、通气口和高压气源；主轴系统包括1号磁轴承、双向气体止推轴承、2号磁轴承、1号气体轴承、2号气体轴承、1号位移传感器、2号位移传感器、3号位移传感器、4号位移传感器、5号位移传感器、6号位移传感器和光电编码器；控制系统包括滤波器、DSP、D/A转换器、功率放大器和PC机。它主要应用在数控机床的主轴上。
【IPC分类】B23Q5-10
【公开号】CN104551813
【申请号】CN201510028141
【发明人】李树森, 陈素平, 元月
【申请人】东北林业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月20日