本發(fā)明涉及數(shù)控，尤其涉及一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法。

背景技術(shù)：

1、數(shù)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、自動(dòng)化生產(chǎn)等領(lǐng)域，它能夠通過預(yù)設(shè)的程序指令，精確控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加工過程。隨著制造業(yè)的精密化和自動(dòng)化發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的性能要求也越來越高，其中包括高精度、高效率以及適應(yīng)復(fù)雜工藝和動(dòng)態(tài)變化的能力。為了滿足這些要求，數(shù)控系統(tǒng)必須不斷優(yōu)化其控制參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)更好的加工質(zhì)量和更高的生產(chǎn)效率。

2、目前，傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)方式主要依賴人工調(diào)試和經(jīng)驗(yàn)調(diào)整。這種方法不僅耗時(shí)且難以保證每次調(diào)節(jié)都能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，尤其在面對(duì)復(fù)雜加工任務(wù)或動(dòng)態(tài)負(fù)載時(shí)，人工調(diào)節(jié)的效率和精度存在較大問題。此外，由于數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境具有復(fù)雜性和不確定性，隨著加工條件的變化，參數(shù)優(yōu)化變得尤為重要?，F(xiàn)有的技術(shù)尚未能夠全面自動(dòng)地優(yōu)化參數(shù)并實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)，尤其是在動(dòng)態(tài)負(fù)載變化、不同加工任務(wù)和復(fù)雜工作條件下，優(yōu)化效果難以得到保障。

3、為了克服這一問題，開發(fā)一種能夠通過自動(dòng)迭代優(yōu)化數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的方案，顯得尤為重要。通過建立數(shù)學(xué)模型、捕獲反饋信號(hào)、定義特征點(diǎn)并結(jié)合自動(dòng)化優(yōu)化算法，可以有效地提高數(shù)控系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，確保加工過程中的一致性和效率。

4、為此我們提出一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法來解決現(xiàn)有的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)中存在的問題，提出一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法，包括以下步驟，所述步驟1建立系統(tǒng)模型：構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)的解釋模塊和運(yùn)動(dòng)模塊，其中解釋模塊用于解析輸入的加工程序，生成低級(jí)控制指令；運(yùn)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)及機(jī)械負(fù)載，通過傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，反映電機(jī)驅(qū)動(dòng)及機(jī)械負(fù)載的響應(yīng)特性，所述步驟2導(dǎo)入加工程序并試運(yùn)行：將待加工零件的加工程序輸入系統(tǒng)，通過解釋模塊生成加工路徑和速度等控制指令，并對(duì)加工程序進(jìn)行試運(yùn)行，采集刀具路徑、加工速度、系統(tǒng)反饋信號(hào)等初始運(yùn)行數(shù)據(jù)，為后續(xù)優(yōu)化提供基準(zhǔn)，所述步驟3建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型：通過采集試運(yùn)行過程中系統(tǒng)輸入指令與反饋信號(hào)的數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)學(xué)建模方法建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型，用于描述電機(jī)及其負(fù)載的動(dòng)態(tài)特性，所述步驟4建立特征判斷模型：提取加工路徑中的特征點(diǎn)，建立用于標(biāo)識(shí)優(yōu)化需求區(qū)域的特征判斷模型，包括三維特征、速度突變特征和平面特征，用于分配優(yōu)化優(yōu)先級(jí)，所述步驟5調(diào)試系統(tǒng)參數(shù)：結(jié)合特征判斷模型對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，包括調(diào)整比例增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間等控制參數(shù)，確保加工過程中的誤差得到有效控制，所述步驟6參數(shù)優(yōu)化與自動(dòng)迭代：基于加工過程中的特征點(diǎn)及優(yōu)化需求，采用優(yōu)化算法自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，迭代優(yōu)化系統(tǒng)性能，直至滿足預(yù)定的精度和穩(wěn)定性要求。

3、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)模型的解釋模塊能夠解析加工程序中的多軸聯(lián)動(dòng)路徑信息，將其轉(zhuǎn)化為電機(jī)控制指令，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)多維空間的精確插補(bǔ)。

4、優(yōu)選的，所述運(yùn)動(dòng)模塊通過驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連接，電機(jī)與負(fù)載相耦合，運(yùn)動(dòng)模塊的動(dòng)態(tài)行為考慮電機(jī)慣量、阻尼以及負(fù)載剛度等參數(shù)。

5、優(yōu)選的，所述特征判斷模型包括以下部分：通過計(jì)算刀具路徑的曲率，提取三維加工路徑的復(fù)雜特征，并根據(jù)曲率變化情況對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行分類；對(duì)于曲率較大的區(qū)域，標(biāo)記為高優(yōu)先級(jí)區(qū)域，優(yōu)先進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，以減少加工誤差；

6、在加工過程中，對(duì)路徑中的速度突變進(jìn)行檢測(cè)，尤其是急劇變化的速度段，標(biāo)記為突變特征區(qū)域，這些區(qū)域的控制精度要求較高，需進(jìn)一步優(yōu)化控制策略；

7、通過擬合加工路徑中的平面特征，識(shí)別路徑是否平滑，若誤差較大，則該區(qū)域需要對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以確保加工過程中的路徑平穩(wěn)，避免過度震動(dòng)或誤差累積。

8、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試過程基于特征判斷模型的輸出，優(yōu)先調(diào)節(jié)在加工過程中重要特征區(qū)域的控制參數(shù)，對(duì)于曲率較大的復(fù)雜路徑區(qū)域、加速與減速階段，以及突變特征區(qū)域，調(diào)整相關(guān)的比例增益、時(shí)間常數(shù)和微分控制參數(shù)，以達(dá)到更高的加工精度和過程平穩(wěn)性，調(diào)試過程在多個(gè)加工任務(wù)中進(jìn)行反饋與優(yōu)化，確保系統(tǒng)參數(shù)符合特定的加工要求。

9、優(yōu)選的，所述參數(shù)優(yōu)化過程中采用基于誤差反饋的迭代優(yōu)化方法。具體而言，通過實(shí)時(shí)收集反饋信號(hào)與期望信號(hào)之間的偏差，逐步調(diào)整系統(tǒng)的控制參數(shù)。該迭代優(yōu)化方法確保在加工過程中，系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)時(shí)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整，提高加工精度和系統(tǒng)的響應(yīng)能力，直至偏差最小化并滿足工藝要求。優(yōu)化的過程無需人為干預(yù)，通過自動(dòng)化優(yōu)化機(jī)制提高生產(chǎn)效率。

10、優(yōu)選的，所述優(yōu)化迭代的收斂條件是基于加工過程中反饋信號(hào)的誤差變化率。當(dāng)誤差變化低于設(shè)定閾值時(shí)，表示系統(tǒng)已達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)并完成參數(shù)調(diào)整。此外，系統(tǒng)還會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控多個(gè)性能指標(biāo)的變化，如加工精度、加工速度和能耗等，確保這些指標(biāo)在可接受范圍內(nèi)，從而提高加工整體效率與質(zhì)量。

11、優(yōu)選的，所述優(yōu)化過程中通過綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的損失函數(shù)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。損失函數(shù)不僅考慮加工精度，還結(jié)合了加工效率、系統(tǒng)能耗以及機(jī)械震動(dòng)等因素，在多目標(biāo)之間進(jìn)行平衡，以確保最終系統(tǒng)能夠在保持高精度的同時(shí)提高加工速度和降低能耗。系統(tǒng)參數(shù)經(jīng)過多次優(yōu)化迭代后，能夠適應(yīng)各種工況需求，從而提高了生產(chǎn)的靈活性和自動(dòng)化水平。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

13、提高系統(tǒng)優(yōu)化精度：通過基于數(shù)學(xué)模型建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型與負(fù)載耦合模型，可以精準(zhǔn)地描述數(shù)控系統(tǒng)在不同工作條件下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，自動(dòng)化的參數(shù)優(yōu)化能夠確保系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)更為精準(zhǔn)，有效提升數(shù)控系統(tǒng)的控制精度，減少人為調(diào)節(jié)誤差；

14、減少人工干預(yù)和調(diào)試時(shí)間：傳統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)方法往往依賴人工經(jīng)驗(yàn)和大量的手動(dòng)試驗(yàn)，調(diào)節(jié)過程繁瑣且周期長(zhǎng)，通過采用自動(dòng)迭代優(yōu)化的方式，可以在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整，顯著降低人工干預(yù)的需求，減少了調(diào)試和優(yōu)化的時(shí)間成本；

15、動(dòng)態(tài)適應(yīng)負(fù)載變化和復(fù)雜工藝需求：本方法通過捕獲指令與反饋信號(hào)，并通過特征模型判斷系統(tǒng)狀態(tài)，可以適應(yīng)復(fù)雜的加工任務(wù)和動(dòng)態(tài)負(fù)載變化。即使在負(fù)載條件變化較大的情況下，數(shù)控系統(tǒng)也能夠根據(jù)反饋信息動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)，確保加工過程的穩(wěn)定性與一致性；

16、提升系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性：自動(dòng)迭代優(yōu)化方法能夠在多次迭代過程中逐步調(diào)整控制參數(shù)，改善系統(tǒng)響應(yīng)速度和精度，尤其在復(fù)雜的非線性或動(dòng)態(tài)變化的工作環(huán)境中，增強(qiáng)了數(shù)控系統(tǒng)的魯棒性和適應(yīng)性，降低了系統(tǒng)因外部擾動(dòng)或負(fù)載變化導(dǎo)致的不穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法，包括以下步驟，其特征在于：所述步驟1建立系統(tǒng)模型：構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)的解釋模塊和運(yùn)動(dòng)模塊，其中解釋模塊用于解析輸入的加工程序，生成低級(jí)控制指令；運(yùn)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)及機(jī)械負(fù)載，通過傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，反映電機(jī)驅(qū)動(dòng)及機(jī)械負(fù)載的響應(yīng)特性，所述步驟2導(dǎo)入加工程序并試運(yùn)行：將待加工零件的加工程序輸入系統(tǒng)，通過解釋模塊生成加工路徑和速度等控制指令，并對(duì)加工程序進(jìn)行試運(yùn)行，采集刀具路徑、加工速度、系統(tǒng)反饋信號(hào)等初始運(yùn)行數(shù)據(jù)，為后續(xù)優(yōu)化提供基準(zhǔn)，所述步驟3建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型：通過采集試運(yùn)行過程中系統(tǒng)輸入指令與反饋信號(hào)的數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)學(xué)建模方法建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型，用于描述電機(jī)及其負(fù)載的動(dòng)態(tài)特性，所述步驟4建立特征判斷模型：提取加工路徑中的特征點(diǎn)，建立用于標(biāo)識(shí)優(yōu)化需求區(qū)域的特征判斷模型，包括三維特征、速度突變特征和平面特征，用于分配優(yōu)化優(yōu)先級(jí)，所述步驟5調(diào)試系統(tǒng)參數(shù)：結(jié)合特征判斷模型對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，包括調(diào)整比例增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間等控制參數(shù)，確保加工過程中的誤差得到有效控制，所述步驟6參數(shù)優(yōu)化與自動(dòng)迭代：基于加工過程中的特征點(diǎn)及優(yōu)化需求，采用優(yōu)化算法自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，迭代優(yōu)化系統(tǒng)性能，直至滿足預(yù)定的精度和穩(wěn)定性要求。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法，其特征在于：所述系統(tǒng)模型的解釋模塊能夠解析加工程序中的多軸聯(lián)動(dòng)路徑信息，將其轉(zhuǎn)化為電機(jī)控制指令，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)多維空間的精確插補(bǔ)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法，其特征在于：所述運(yùn)動(dòng)模塊通過驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連接，電機(jī)與負(fù)載相耦合，運(yùn)動(dòng)模塊的動(dòng)態(tài)行為考慮電機(jī)慣量、阻尼以及負(fù)載剛度等參數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法，其特征在于：所述特征判斷模型包括以下部分：通過計(jì)算刀具路徑的曲率，提取三維加工路徑的復(fù)雜特征，并根據(jù)曲率變化情況對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行分類，對(duì)于曲率較大的區(qū)域，標(biāo)記為高優(yōu)先級(jí)區(qū)域，優(yōu)先進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，以減少加工誤差；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法，其特征在于：所述系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試過程基于特征判斷模型的輸出，優(yōu)先調(diào)節(jié)在加工過程中重要特征區(qū)域的控制參數(shù)，對(duì)于曲率較大的復(fù)雜路徑區(qū)域、加速與減速階段，以及突變特征區(qū)域，調(diào)整相關(guān)的比例增益、時(shí)間常數(shù)和微分控制參數(shù)，以達(dá)到更高的加工精度和過程平穩(wěn)性，調(diào)試過程在多個(gè)加工任務(wù)中進(jìn)行反饋與優(yōu)化，確保系統(tǒng)參數(shù)符合特定的加工要求。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法，其特征在于：所述參數(shù)優(yōu)化過程中采用基于誤差反饋的迭代優(yōu)化方法，具體而言，通過實(shí)時(shí)收集反饋信號(hào)與期望信號(hào)之間的偏差，逐步調(diào)整系統(tǒng)的控制參數(shù)，該迭代優(yōu)化方法確保在加工過程中，系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)時(shí)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整，提高加工精度和系統(tǒng)的響應(yīng)能力，直至偏差最小化并滿足工藝要求，優(yōu)化的過程無需人為干預(yù)，通過自動(dòng)化優(yōu)化機(jī)制提高生產(chǎn)效率。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法，其特征在于：所述優(yōu)化迭代的收斂條件是基于加工過程中反饋信號(hào)的誤差變化率，當(dāng)誤差變化低于設(shè)定閾值時(shí)，表示系統(tǒng)已達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)并完成參數(shù)調(diào)整，此外，系統(tǒng)還會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控多個(gè)性能指標(biāo)的變化，如加工精度、加工速度和能耗等，確保這些指標(biāo)在可接受范圍內(nèi)，從而提高加工整體效率與質(zhì)量。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法，其特征在于：所述優(yōu)化過程中通過綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的損失函數(shù)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，損失函數(shù)不僅考慮加工精度，還結(jié)合了加工效率、系統(tǒng)能耗以及機(jī)械震動(dòng)等因素，在多目標(biāo)之間進(jìn)行平衡，以確保最終系統(tǒng)能夠在保持高精度的同時(shí)提高加工速度和降低能耗，系統(tǒng)參數(shù)經(jīng)過多次優(yōu)化迭代后，能夠適應(yīng)各種工況需求，從而提高了生產(chǎn)的靈活性和自動(dòng)化水平。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化迭代的方法。其技術(shù)方案包括以下步驟，步驟1構(gòu)建數(shù)控系統(tǒng)的解釋模塊和運(yùn)動(dòng)模塊，步驟2將加工程序輸入系統(tǒng)，生成控制指令并進(jìn)行試運(yùn)行，步驟3根據(jù)試運(yùn)行數(shù)據(jù)建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型，步驟4提取加工路徑中的特征點(diǎn)，構(gòu)建用于標(biāo)識(shí)優(yōu)化需求區(qū)域的特征判斷模型，步驟5結(jié)合特征判斷模型調(diào)試控制參數(shù)確保誤差控制，步驟6基于特征點(diǎn)和優(yōu)化需求，采用優(yōu)化算法自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，迭代優(yōu)化系統(tǒng)性能。本發(fā)明顯著提升數(shù)控系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，減少人工干預(yù)的需求，適應(yīng)復(fù)雜的加工任務(wù)和動(dòng)態(tài)負(fù)載變化，提升系統(tǒng)的魯棒性和自動(dòng)化水平，最終幫助制造企業(yè)提升整體生產(chǎn)能力和競(jìng)爭(zhēng)力。

技術(shù)研發(fā)人員：陳信安,黃瑞群,劉月強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳市立為精密科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15