专利名称：一种测量与补偿电动缸传动误差的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种测量与补偿电动缸传动误差的方法，同时还提供了适用 于该方法的检测补偿装置，属于自动控制和机械检测装置领域
背景技术：
电动缸是六自由度电动运动平台的关键运动部件。通常电动缸传动误 差的测量，是采用标准位移传感器测量电动缸长度。测量的长度与控制计 算机给定指令长度值之间的差值，则为电动缸传动误差。这种测量电动缸 传动误差的缺点是没有考虑电动缸运动时换向和变载荷下传动误差影 响。因此在控制计算机进行传动误差补偿时，容易出现过补偿或者欠补偿 现象。
发明内容
本发明提供一种测量与补偿电动缸传动误差的方法，的目的是在电动 缸变载荷的情况下，测量其传动误差，并进行误差补偿，提高电动平台的 运动精度。
本发明还提供了适用于该方法的检测补偿装置，具有结构简单，检测 装置少，检测时间短，检测性能全面特点。
本发明测量与补偿电动缸传动误差的方法，包括以下步骤
1)螺距误差的测量
对电动缸施加不同载荷时测量螺距误差，无载荷条件下测量反向间隙 误差，具体步骤如下将电动缸出杆平均分为若干个补偿间隔，由控制计算机控制电动缸执 行回零指令，电动缸出杆零位为坐标零点；然后将坐标零点的补偿量设为 零值，并以该位置为测量基准；输入电动缸指令后，控制电动缸出杆移动 一个补偿间隔，移动到位后，测量电动缸出杆实际移动量；最后计算出杆 实际移动量与控制计算机指令值的差值，将这个差值填入计算机的补偿表 中；重复此过程，测量全部补偿测量点的误差值，直至电动缸出杆移动到 最大行程位置；
2) 反向间隙误差的测量
空载下进行，补偿测量点与测量螺距误差的间隔相同；测量装置采用 数显磁尺，测量时首先使电动缸正向移动到补偿测量点，记录磁尺数显值； 然后给计算机输入反向点动指令，待磁尺数显表指示值有变化时，则停止 点动指令，控制计算机点动增量值则为反向间隙测量误差；将此值也填入 计算机的补偿表中，重复此过程，测量所有补偿测量点反向间隙误差；
3) 传动机构误差补偿
将步骤1、 2测量的电动缸变载荷螺距误差值和反向间隙误差值输入 控制计算机，建立一个随电动缸出杆行程变化及随电动缸载荷而变化二维 误差补偿表，确定补偿测量点的误差补偿值，设计算机指令输出位移为X 指令，实际输出位移为X实际，当前位置误差补偿为I，电动缸单方向运动时， 误差补偿I为螺距误差补偿值；电动缸换向时，误差补偿I为螺距误差补 偿值加上反向间隙补偿值；X指令-X .爆+ I。
因此在控制指令中准确地加上误差补偿I，就能够提高电动缸运动精度。本发明的电动缸控制和测量系统，具体结构如下
控制计算机l、位置控制器2、伺服驱动器IO、编码器4、交流伺服 电机5、电动缸壳体6、丝杠7、螺母8、电动缸出杆ll、应变片力传感 器12、数显磁尺9和A/D接口卡3;控制计算机1用以发出伺服电机5 的运动控制指令，传动误差补偿指令，以及采集力传感器信号；位置控制 器2与计算机11的总线连接，位置控制器2通过伺服驱动器10驱动伺服 电机转动，反馈编码器4安装在伺服电机轴上，伺服电机5通过联轴器带 丝杠7、螺母8转动，螺母8带电动缸出杆11直线运动；应变片力传感 器12安装在电动缸出杆11顶端，应变片力传感器12采集的载荷信号通 过A/D接口卡3送给控制计算机1;数显磁尺9主尺与电动缸壳体6连接， 数显磁尺9滑尺与电动缸出杆11连接。
电动缸控制系统误差测量和误差补偿的核心是控制计算机，其工作过 程是控制计算机通过软件将位置指令发送给位置控制器进行信号变换， 位置控制器输出变换后电压信号到伺服驱动器，伺服驱动器驱动交流伺服 电机转动，带丝杠转动，丝杠带电动缸出杆直线运动。同时编码器输出反 馈信号给位置控制器，位置控制器将位置指令与编码器输出反馈信号进行 比较，比较值为零时，位置控制器输出也为零，伺服驱动器驱动交流伺服 电机停止转动。从而使电动缸出杆停止运动。当电动缸出杆直线运动时数 显磁尺测量电动缸出杆的行程，并在数显表上显示电动缸出杆的行程值。 应变片力传感器用以检测电动缸出杆承受的载荷，将载荷值变换成模拟电 压信号输出给A/D接口卡，A/D接口卡将模拟电压信号转换为数字信号 输入控制计算机。误差测量时首先将电动缸出杆平均分为若干个补偿间隔，由控制计算 机控制电动缸执行回零指令，以电动缸出杆零位为坐标零点，然后将坐标 零点的补偿量设为零值，并以该位置为测量基准。从控制计算机输入电动 缸运动指令，控制电动缸出杆移动一个补偿间隔。移动到位后，用数显磁 尺测量电动缸出杆实际移动量；计算出杆实际移动量与控制计算机指令值 的差值，此差值即为补偿点处的传动误差值。
误差补偿的过程是控制计算机根据电动缸出杆的行程、传动误差以及 载荷值用软件建立二维误差补偿表。补偿表相邻二个测量点的误差补偿由 控制计算机按线性插补计算，不同载荷变化引起的误差也按线性插补进行 计算。从而得到误差补偿值。在控制电动缸运动时，控制计算机通过软件 将位置指令加上误差补偿值发送给位置控制器进行信号变换，位置控制器 输出变换后电压信号到伺服驱动器，伺服驱动器驱动交流伺服电机转动， 带丝杠转动，螺母带电动缸出杆直线运动。达到了对电动缸运动的精确补 偿。
本发明的积极效果在于充分考虑电动缸运动时换向和变载荷下传动 误差影响因素，在控制计算机进行传动误差补偿时，避免出现电动缸过补 偿或者欠补偿现象，提高电动缸的控制精度。
图1为本发明电动缸系统结构示意。
1、计算机；2、位置控制器；3、 A/D接口卡；4、编码器；5、交流 伺服电机；6、电动缸壳体；7、滚珠丝杠；8、螺母；9、数显磁尺；10、 伺服驱动器；U、电动缸出杆；12、应变片力传感器；
具体实施例方式
实施例l
(1) 传动误差测量
传动误差分二部分，螺距误差和反向间隙误差。测量螺距误差时我们 对电动缸施加不同载荷，由于测量螺距误差时考虑了变载荷的影响，因此 测量反向间隙误差则不再加载。
为了取得变载荷电动缸螺距误差数据，我们分空载和满载二种情况测 量其螺距误差，为插补计算打基础。两次误差测量的方法和步骤相同，首 先将电动缸出杆平均分为若干个补偿间隔，由控制计算机控制电动缸执行 回零指令，电动缸出杆零位为坐标零点；然后将坐标零点的补偿量设为零 值，并以该位置为测量基准。输入电动缸指令后，控制电动缸出杆移动一 个补偿间隔。移动到位后，用高精度数显磁尺来测量电动缸出杆实际移动 量；最后计算出杆实际移动量与控制计算机指令值的差值，将这个差值填 入补偿表中。重复此过程，测量全部补偿测量点的误差值，直至电动缸出 杆移动到最大行程位置。
反向间隙误差的测量是在空载下进行，补偿测量点与测量螺距误差的 间隔相同。测量装置采用数显磁尺，测量时首先使电动缸正向移动到补偿 测量点，记录磁尺数显值；然后给计算机输入反向点动指令，待磁尺数显 表指示值有变化时，则停止点动指令。这时，控制计算机点动增量值则为 反向间隙测量误差。将此值也填入补偿表中，重复此过程，测量所有补偿 测量点反向间隙误差。
(2) 传动机构误差补偿电动缸变载荷误差补偿是由控制计算机来实现的，控制计算机根据测 量的电动缸变载荷螺距误差值和反向间隙误差值，建立一个二维误差补偿 表，此表表明传动机构误差不但随电动缸出杆行程变化，而且还随电动缸 载荷而变化。二维补偿表列出了补偿测量点的误差补偿值，相邻二个测量 点的误差补偿由控制计算机按线性插补算出，不同载荷变化引起的误差也 按线性插补进行补偿。当控制计算机进行补偿时，设指令输出位移为Xg 令，实际输出位移为X.，，当前位置误差补偿为I，电动缸单方向运动时， 误差补偿I为螺距误差补偿值。电动缸换向时，误差补偿I为螺距误差补 偿值加上反向间隙补偿值。X指令-X实际+I;因此在控制指令中准确地加上 误差补偿I，就能够提高电动缸运动精度。
实施例2
根据图l，本发明电动缸控制和测量系统由控制计算机1、位置控制 器2、伺服驱动器10、编码器4、交流伺服电机5、电动缸壳体6、丝杠7， 螺母8、电动缸出杆11、应变片力传感器12、数显磁尺9和A/D接口卡 3构成。控制计算机1用以发出伺服电机5的运动控制指令，传动误差补 偿指令，以及采集力传感器信号；位置控制器2与计算机11的总线连接， 位置控制器2通过伺服驱动器10驱动伺服电机转动，反馈编码器4安装 在伺服电机轴上，伺服电机5通过联轴器带丝杠7、螺母8转动，螺母8 带电动缸出杆11直线运动；应变片力传感器12安装在电动缸出杆11顶 端，应变片力传感器12采集的载荷信号通过A/D接口卡3送给控制计算 机l;数显磁尺9主尺与电动缸壳体6连接，数显磁尺9滑尺与电动缸出 杆11连接。电动缸控制系统误差测量和误差补偿的核心是控制计算机1，其工作 过程是控制计算机1通过软件将位置指令发送给位置控制器2进行信号 变换，位置控制器2输出变换后电压信号到伺服驱动器10，伺服驱动器
10驱动交流伺服电机5转动，带滚珠丝杠转动7， 8，滚珠丝杠螺母7， 8 带电动缸出杆11直线运动。同时编码器4输出反馈信号给位置控制器2， 位置控制器2将位置指令与编码器4输出反馈信号进行比较，比较值为零 时，位置控制器2输出也为零，伺服驱动器10驱动交流伺服电机5停止 转动。从而使电动缸出杆11停止运动。当电动缸出杆11直线运动时数显 磁尺9测量电动缸出杆11的行程，并在数显表上显示电动缸出杆11的行 程值。应变片力传感器12用以检测电动缸出杆11承受的载荷，将载荷值 变换成模拟电压信号输出给A/D接口卡3， A/D接口卡3将模拟电压信 号转换为数字信号输入控制计算机1。
权利要求
1、一种测量与补偿电动缸传动误差的方法，包括以下步骤1)螺距误差的测量对电动缸施加不同载荷时测量螺距误差，无载荷条件下测量反向间隙误差，具体步骤如下将电动缸出杆平均分为若干个补偿间隔，由控制计算机控制电动缸执行回零指令，电动缸出杆零位为坐标零点；然后将坐标零点的补偿量设为零值，并以该位置为测量基准；输入电动缸指令后，控制电动缸出杆移动一个补偿间隔，移动到位后，测量电动缸出杆实际移动量；最后计算出杆实际移动量与控制计算机指令值的差值，将这个差值填入计算机的补偿表中；重复此过程，测量全部补偿测量点的误差值，直至电动缸出杆移动到最大行程位置；2)反向间隙误差的测量空载下进行，补偿测量点与测量螺距误差的间隔相同；测量装置采用数显磁尺，测量时首先使电动缸正向移动到补偿测量点，记录磁尺数显值；然后给计算机输入反向点动指令，待磁尺数显表指示值有变化时，则停止点动指令，控制计算机点动增量值则为反向间隙测量误差；将此值也填入计算机的补偿表中，重复此过程，测量所有补偿测量点反向间隙误差；3)传动机构误差补偿将步骤1、2测量的电动缸变载荷螺距误差值和反向间隙误差值输入控制计算机，建立一个随电动缸出杆行程变化及随电动缸载荷而变化二维误差补偿表，确定补偿测量点的误差补偿值，设计算机指令输出位移为X指令，实际输出位移为X实际，当前位置误差补偿为I，电动缸单方向运动时，误差补偿I为螺距误差补偿值；电动缸换向时，误差补偿I为螺距误差补偿值加上反向间隙补偿值；X指令＝X实际+I。
2、 一种电动缸控制和测量系统，其特征在于由如下部分组成控制 计算机(1)、位置控制器(2)、伺服驱动器(10)、编码器(4)、交流伺服电机(5)、电动缸壳体(6)、丝杠(7)、螺母(8)、电动缸出杆(11)、 应变片力传感器(12)、数显磁尺(9)和A/D接口卡(3);控制计算机 (1)用以发出伺服电机(5)的运动控制指令，传动误差补偿指令，以及 采集力传感器信号；位置控制器(2)与计算机(11)的总线连接，位置 控制器(2)通过伺服驱动器(10)驱动伺服电机转动，反馈编码器(4) 安装在伺服电机轴上，伺服电机(5)通过联轴器带丝杠(7)、螺母(8) 转动，螺母(8)带电动缸出杆(11)直线运动；应变片力传感器(12) 安装在电动缸出杆(11)顶端，应变片力传感器(12)采集的载荷信号通 过A/D接口卡(3)送给控制计算机(1);数显磁尺(9)主尺与电动缸 壳体(6)连接，数显磁尺(9)滑尺与电动缸出杆(11)连接。
全文摘要
本发明是一种测量与补偿电动缸传动误差的方法和装置，控制计算机通过软件将位置指令发送给位置控制器进行信号变换，并伺服驱动器驱动交流伺服电机转动带电动缸出杆直线运动；编码器输出反馈信号给位置控制器将位置指令与编码器输出反馈信号进行比较；当电动缸出杆直线运动时数显磁尺测量其行程；应变片力传感器用以检测电动缸出杆承受的载荷，将载荷值变换成模拟电压信号输出给A/D接口卡，A/D接口卡将模拟电压信号转换为数字信号输入控制计算机。充分考虑电动缸运动时换向和变载荷下传动误差影响因素，在控制计算机进行传动误差补偿时，避免出现电动缸过补偿或者欠补偿现象，提高电动缸的控制精度。
文档编号G01B7/02GK101487688SQ200910066510
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月11日 优先权日2009年2月11日
发明者梁建民, 王勇亮, 赵成仁 申请人:中国人民解放军空军航空大学