專利名稱：機(jī)械裝置的具有參數(shù)學(xué)習(xí)的控制器及其參數(shù)學(xué)習(xí)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種CNC機(jī)械裝置中的數(shù)值控制器，特別是有關(guān)于一種具有參數(shù)學(xué)習(xí)功能的CNC機(jī)械裝置的控制器及其參數(shù)學(xué)習(xí)的控制方法；可依使用者對(duì)于加工特性的偏好，經(jīng)過參數(shù)學(xué)習(xí)方法，調(diào)變機(jī)械裝置的參數(shù)，達(dá)到縮短加工時(shí)間、提升加工精度、改善機(jī)械裝置加工穩(wěn)度的成效。
背景技術(shù)：
首先，請(qǐng)參考圖1，是一種公知的CNC機(jī)械裝置的數(shù)值控制器方塊示意圖。如圖1 所示，數(shù)字控制模塊10由路徑規(guī)劃單元12、動(dòng)程規(guī)劃單元13與插值單元14等所組成；其中路徑規(guī)劃單元12，是將使用者編輯的加工程序11解譯并規(guī)劃出一個(gè)加工路徑；接著，動(dòng)程規(guī)劃單元13是依據(jù)數(shù)字控制模塊10所提供的參數(shù)18，進(jìn)一步規(guī)劃加工路徑的運(yùn)動(dòng)特性， 如速度、加速度等；之后，由插值單元14將完成動(dòng)程規(guī)劃的具有運(yùn)動(dòng)特性的單節(jié)數(shù)據(jù)做插值運(yùn)算后，再將命令發(fā)送至驅(qū)動(dòng)器15 ；然后，驅(qū)動(dòng)器15于接收插值后的命令后，再發(fā)出控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)并控制馬達(dá)16 ；此外，由各軸向的位置感測(cè)組件17，如馬達(dá)編碼器或光學(xué)尺，將感測(cè)的馬達(dá)16位置反饋數(shù)據(jù)并傳回驅(qū)動(dòng)器15。在上述CNC機(jī)械裝置操作過程中，于設(shè)定數(shù)字控制模塊10的各項(xiàng)參數(shù)18時(shí)，常因機(jī)臺(tái)剛性、馬達(dá)特性與各部機(jī)構(gòu)的不同，需要憑經(jīng)驗(yàn)反復(fù)測(cè)試，才能設(shè)定出一組較適當(dāng)?shù)膮?shù)18。如此會(huì)產(chǎn)生諸多不便，例如設(shè)定參數(shù)需要有經(jīng)驗(yàn)的調(diào)機(jī)人員、需要花不少時(shí)間反復(fù)測(cè)試與驗(yàn)證。由于公知技術(shù)在CNC機(jī)械裝置的使用，是使用一組參數(shù)來(lái)適用于所有的加工過程，由于使用者對(duì)參數(shù)了解不深，而且加工狀況常因不同情況而改變，故使用者往往不能確定目前參數(shù)是否適合正準(zhǔn)備要處理的加工檔，會(huì)不會(huì)有加工時(shí)間過長(zhǎng)、機(jī)臺(tái)抖動(dòng)等問題；面對(duì)這些問題，使用者通常無(wú)法自行調(diào)整參數(shù)來(lái)解決，而需機(jī)械廠人員協(xié)助才有辦法，造成使用者相當(dāng)大的困擾與不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在CNC機(jī)械裝置中配置具有參數(shù)學(xué)習(xí)功能的數(shù)值控制器，由數(shù)值控制器的具參數(shù)學(xué)習(xí)功能，使得CNC機(jī)械裝置在調(diào)機(jī)與參數(shù)設(shè)定上能更方便。本發(fā)明的另一目的在于提供一種在CNC機(jī)械裝置中配置具有參數(shù)學(xué)習(xí)功能的數(shù)值控制器，使得機(jī)械廠人員在對(duì)CNC機(jī)械裝置進(jìn)行調(diào)機(jī)時(shí)，能夠開啟參數(shù)學(xué)習(xí)功能并執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，使得數(shù)字控制器記錄快準(zhǔn)穩(wěn)等表現(xiàn)指標(biāo)，并經(jīng)由參數(shù)學(xué)習(xí)算法自動(dòng)更新機(jī)械裝置的參數(shù)，使得CNC機(jī)械裝置在調(diào)機(jī)與參數(shù)設(shè)定能夠更準(zhǔn)確的達(dá)到加工效果。本發(fā)明的又一目的在于提供一種在CNC機(jī)械裝置中配置具有參數(shù)學(xué)習(xí)功能的數(shù)值控制器，使得機(jī)械廠人員在對(duì)CNC機(jī)械裝置進(jìn)行調(diào)機(jī)時(shí)，能夠開啟參數(shù)學(xué)習(xí)功能并執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，使得數(shù)字控制器記錄快準(zhǔn)穩(wěn)等表現(xiàn)指標(biāo)，并經(jīng)由參數(shù)學(xué)習(xí)算法自動(dòng)更新機(jī)械裝置的參數(shù)，故可依使用者對(duì)于加工特性的偏好，經(jīng)過參數(shù)學(xué)習(xí)方法，調(diào)變機(jī)械裝置的參數(shù)，達(dá)到縮短加工時(shí)間、提升加工精度、改善機(jī)械裝置加工穩(wěn)度的成效。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的具有參數(shù)學(xué)習(xí)功能的控制器，包括一路徑規(guī)劃單元，用以接收一加工程序并依據(jù)該加工程序規(guī)劃一加工路徑信息；一動(dòng)程規(guī)劃單元，其一輸入端與該路徑規(guī)劃單元連接并接收該加工路徑信息，其另一輸入端與一數(shù)字控制參數(shù)連接，依據(jù)該加工路徑信息及該數(shù)字控制參數(shù)規(guī)劃該加工路徑信息并輸出運(yùn)動(dòng)信息；一插值單元，與該動(dòng)程規(guī)劃單元連接，并將該動(dòng)程規(guī)劃單元所輸出的運(yùn)動(dòng)信息執(zhí)行插值運(yùn)算后，再將一控制命令輸出至一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)一馬達(dá)；一快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元，其一輸入端與一位置感測(cè)組件連接，并接收該位置感測(cè)組件輸入的反饋信號(hào)，并依據(jù)該反饋信號(hào)分別計(jì)算一快表現(xiàn)指標(biāo)、一準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)及一穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)，以輸出一快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息；一學(xué)習(xí)功能單元，其一第一輸入端接收由使用者設(shè)定的快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息，其一第二輸入端與該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元連接并接收該快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息，重新計(jì)算新的數(shù)字控制參數(shù)，并輸出至該動(dòng)程規(guī)劃單元。所述的控制器，其中該加工路徑信息輸出運(yùn)動(dòng)信息包括速度及加速度。所述的控制器，其中該反饋信號(hào)包括馬達(dá)的位置、速度與加速度。所述的控制器，其中該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元包括一快指針計(jì)算次單元、一準(zhǔn)指針計(jì)算次單元與一穩(wěn)指針計(jì)算次單元，并依據(jù)該反饋信號(hào)，分別計(jì)算出以數(shù)字衡量的該快表現(xiàn)指標(biāo)、該準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)與該穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)。所述的控制器，其中該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元中的該快指針計(jì)算次單元是在加工程序執(zhí)行到啟動(dòng)參數(shù)學(xué)習(xí)功能時(shí)，開始記錄各單節(jié)加工所需時(shí)間Ti,而該快表現(xiàn)指標(biāo)FI的計(jì)算方式為FI = α F/ Σ Ji，而α F為快指標(biāo)常數(shù)。所述的控制器，其中該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元中的該準(zhǔn)指針計(jì)算次單元是將一伺服命令位置與該反饋位置信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，以計(jì)算相對(duì)軌跡誤差Ei,而該準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)PI的計(jì)算方式為PI = α ρ/ Σ ，而α ρ為準(zhǔn)指標(biāo)常數(shù)。所述的控制器，其中該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元中的該穩(wěn)指針計(jì)算次單元是將反饋信號(hào)的該馬達(dá)加速度值進(jìn)行差分運(yùn)算，以得到一加速度變化值。所述的控制器，其中該學(xué)習(xí)功能單元包括一總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元，依據(jù)該快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息與該快表現(xiàn)指針、該準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)或該穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)的至少其中的一個(gè)表現(xiàn)指標(biāo)來(lái)計(jì)算一總表現(xiàn)指標(biāo)；一學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元，與該總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元連接，并接收該總表現(xiàn)指標(biāo)以進(jìn)行一判斷；一雅可比矩陣修正次單元，與該學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元連接，并根據(jù)該學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元的判斷結(jié)果，修正雅可比矩陣中的表現(xiàn)指標(biāo)對(duì)參數(shù)；一參數(shù)修正次單元，與該雅可比矩陣修正次單元連接，并設(shè)定一參數(shù)學(xué)習(xí)收斂條件。本發(fā)明提供的控制器參數(shù)學(xué)習(xí)方法，包括提供一路徑規(guī)劃單元，用以接收一加工程序并依據(jù)該加工程序規(guī)劃一加工路徑信息；
提供一動(dòng)程規(guī)劃單元，其一輸入端與該路徑規(guī)劃單元連接并接收該加工路徑信息，其另一輸入端與一數(shù)字控制參數(shù)連接，依據(jù)該加工路徑信息及該數(shù)字控制參數(shù)規(guī)劃該加工路徑信息并輸出運(yùn)動(dòng)信息；提供一插值單元，與該動(dòng)程規(guī)劃單元連接并將該動(dòng)程規(guī)劃單元所輸出的運(yùn)動(dòng)信息執(zhí)行插值運(yùn)算后，再將一控制命令輸出至馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)一馬達(dá)；提供一快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元，其一輸入端與一位置感測(cè)組件連接并接收該位置感測(cè)組件輸入的反饋信號(hào)，并依據(jù)該反饋信號(hào)分別計(jì)算一快表現(xiàn)指標(biāo)、一準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)及一穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)，以輸出一快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息；提供一學(xué)習(xí)功能單元，其一第一輸入端接收由使用者設(shè)定的快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息，其一第二輸入端與該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元連接并接收該快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息，重新計(jì)算新的數(shù)字控制參數(shù)，并輸出至該動(dòng)程規(guī)劃單元。所述的控制器參數(shù)學(xué)習(xí)方法，其中該學(xué)習(xí)功能單元的演算步驟包括提供一總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元，依據(jù)該快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息與該快表現(xiàn)指針、該準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)或該穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)至少其中一個(gè)表現(xiàn)指標(biāo)來(lái)計(jì)算出一總表現(xiàn)指標(biāo)；提供一學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元，與總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元連接并接收該總表現(xiàn)指標(biāo)以進(jìn)行一判斷；提供一雅可比矩陣修正次單元，與該學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元連接并根據(jù)該學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元的判斷結(jié)果，修正雅可比矩陣中的表現(xiàn)指標(biāo)對(duì)參數(shù)；提供一參數(shù)修正次單元，與該雅可比矩陣修正次單元連接，并設(shè)定一參數(shù)學(xué)習(xí)收斂條件。所述的控制器參數(shù)學(xué)習(xí)方法，其中該參數(shù)修正次單元的修正參數(shù)步驟包括決定一總表現(xiàn)指針的目標(biāo)改善量，若前次學(xué)習(xí)無(wú)效則減小目標(biāo)改善量，若有效則不改變目標(biāo)改善量；決定調(diào)變參數(shù)的方向，選擇一平行總表現(xiàn)指標(biāo)對(duì)參數(shù)的梯度方向來(lái)調(diào)變參數(shù)；決定修正后的數(shù)值控制裝置參數(shù)，依據(jù)前兩步驟的結(jié)果，得各項(xiàng)參數(shù)的修正量并與目前參數(shù)相加，以得出一修正后的參數(shù)。本發(fā)明的參數(shù)學(xué)習(xí)的方式，會(huì)依照使用者設(shè)定快、準(zhǔn)、穩(wěn)等表現(xiàn)指標(biāo)的權(quán)重，訂出總表現(xiàn)指標(biāo)，并以追求最佳總表現(xiàn)指標(biāo)為參數(shù)學(xué)習(xí)的目標(biāo)。故本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)包括1)調(diào)機(jī)時(shí)，使用參數(shù)學(xué)習(xí)功能，能確保調(diào)整后的參數(shù)會(huì)使CNC機(jī)械裝置的總表現(xiàn)指針提升至相當(dāng)好的程度，并可避免因經(jīng)驗(yàn)不足而調(diào)不出適當(dāng)參數(shù)或調(diào)機(jī)時(shí)間過久的情況發(fā)生。2)過去使用者碰到加工效果不理想的情形，只能改參數(shù)并進(jìn)行重復(fù)加工，非常不容易解決。通過參數(shù)學(xué)習(xí)功能，可直接輸入快準(zhǔn)穩(wěn)等指標(biāo)偏好的權(quán)重，而不需自行改參數(shù)， 就能將參數(shù)學(xué)好，提高便利性與解決問題的時(shí)效性。


圖1是公知的CNC機(jī)械裝置數(shù)值控制方塊圖；圖2是加工程序數(shù)值控制文件示意圖；圖3是本發(fā)明的CNC機(jī)械裝置數(shù)值控制方塊圖4是本發(fā)明的快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算模塊方塊圖；圖5是本發(fā)明的學(xué)習(xí)功能模塊方塊圖。附圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明10數(shù)字控制模塊；11加工程序；12路徑規(guī)劃單元；13動(dòng)程規(guī)劃單元；14插值單元； 15驅(qū)動(dòng)器；16馬達(dá)；17位置感測(cè)組件；18數(shù)值控制參數(shù)；20快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元；22快指針計(jì)算次單元；23準(zhǔn)指針計(jì)算次單元穩(wěn)指針計(jì)算次單元；25計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的快指針信息；26準(zhǔn)指針信息；27穩(wěn)指針信息；28快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息；30學(xué)習(xí)功能單元；31快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息；32總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元；33學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元；34雅可比矩陣修正次單元；35 參數(shù)修正次單元％ 使用者設(shè)定的各項(xiàng)表現(xiàn)指標(biāo)的權(quán)重& 各項(xiàng)表現(xiàn)指標(biāo)；Aqi 實(shí)際的表現(xiàn)指標(biāo)變化量；預(yù)估的表現(xiàn)指標(biāo)變化量；e 表現(xiàn)指標(biāo)變化量的預(yù)估誤差；P 總表現(xiàn)指標(biāo)APtj 總表現(xiàn)指針的目標(biāo)改善量各項(xiàng)參數(shù)；各項(xiàng)參數(shù)的修正量；(χΛ 第 r次學(xué)習(xí)所使用的各項(xiàng)參數(shù)；K:表現(xiàn)指標(biāo)與參數(shù)的雅可比(Jacobian)矩陣；ΔΚ:雅可比 (Jacobian)矩陣修正量；(K)r 第r次學(xué)習(xí)所使用的雅可比(Jacobian)矩陣；Icij 雅可比 (Jacobian)矩陣的各個(gè)元素。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明首先提供一種具有參數(shù)學(xué)習(xí)功能的控制器，包括一路徑規(guī)劃單元，用以接收一加工程序，并依據(jù)加工程序規(guī)劃一加工路徑信息；一動(dòng)程規(guī)劃單元，其一輸入端與路徑規(guī)劃單元連接并接收加工路徑信息，其另一輸入端與一數(shù)字控制參數(shù)連接，依據(jù)加工路徑信息及數(shù)字控制參數(shù)規(guī)劃加工路徑信息輸出運(yùn)動(dòng)信息；一插值單元，與動(dòng)程規(guī)劃單元連接， 并將動(dòng)程規(guī)劃單元所輸出的運(yùn)動(dòng)信息執(zhí)行插值運(yùn)算后，再將一控制命令輸出至馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器；一快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元，其一輸入端與一位置感測(cè)組件連接，并接收位置感測(cè)組件輸入的反饋信號(hào)，并依據(jù)反饋信號(hào)分別計(jì)算快表現(xiàn)指針、準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)及穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)，以輸出一快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息；一學(xué)習(xí)功能單元，其第一輸入端接收由用者設(shè)定的快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息，其第二輸入端與快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元連接并接收快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息，重新計(jì)算新的數(shù)字控制參數(shù)， 并輸出至動(dòng)程規(guī)劃單元。本發(fā)明接著提供一種控制器的參數(shù)學(xué)習(xí)方法，包括提供一路徑規(guī)劃單元，用以接收一加工程序，并依據(jù)加工程序規(guī)劃一加工路徑信息；提供一動(dòng)程規(guī)劃單元，其一輸入端與路徑規(guī)劃單元連接并接收加工路徑信息，其另一輸入端與一數(shù)字控制參數(shù)連接，依據(jù)加工路徑信息及該數(shù)字控制參數(shù)規(guī)劃加工路徑信息輸出運(yùn)動(dòng)信息；提供一插值單元，與動(dòng)程規(guī)劃單元連接，并將動(dòng)程規(guī)劃單元所輸出的運(yùn)動(dòng)信息執(zhí)行插值運(yùn)算后，再將一控制命令輸出至馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器；提供一快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元，其一輸入端與一位置感測(cè)組件連接，并接收位置感測(cè)組件輸入的反饋信號(hào)，并依據(jù)反饋信號(hào)分別計(jì)算快表現(xiàn)指針、準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)及穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)，以輸出一快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息；提供一學(xué)習(xí)功能單元，其第一輸入端接收由用者設(shè)定的快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息，其第二輸入端與快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元連接并接收快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息，重新計(jì)算新的數(shù)字控制參數(shù)，并輸出至該動(dòng)程規(guī)劃單元。由于本發(fā)明揭示一種具有參數(shù)學(xué)習(xí)功能的數(shù)字控制裝置及其控制方法，使得數(shù)字控制裝置可以導(dǎo)入?yún)?shù)學(xué)習(xí)功能控制機(jī)械裝置，因此，在以下的說(shuō)明中，將詳細(xì)說(shuō)明數(shù)字控制裝置實(shí)施參數(shù)學(xué)習(xí)功能的方法。
首先，請(qǐng)參考圖2，是具有學(xué)習(xí)功能的CNC機(jī)械裝置數(shù)值控制文件(NCFile)的示意圖。如圖2所示，G90G01Z-5.F2000代表一般的加工單節(jié)，其中，G90是代表絕對(duì)指令，GOl代表直線切削指令，Z自變量設(shè)定單節(jié)終點(diǎn)坐標(biāo)，F(xiàn)2000代表設(shè)定切削進(jìn)給率；而 G5. 7PIQnfoiKn代表啟動(dòng)參數(shù)學(xué)習(xí)功能，其中，Pn設(shè)定學(xué)習(xí)到第η組高速高精參數(shù)，而QnfoiKn 代表設(shè)定快(Q)、準(zhǔn)(E)、穩(wěn)OD的權(quán)重，例如P1Q1R1K1是代表學(xué)習(xí)到第1組高速高精參數(shù)且設(shè)定快、準(zhǔn)、穩(wěn)的權(quán)重為1 1 1 ；而G01.X0.Y10./X30.Y20.代表具有學(xué)習(xí)功能的加工單節(jié)，其中，X、Y自變量設(shè)定單節(jié)終點(diǎn)坐標(biāo)；G5. 5代表結(jié)束(或關(guān)閉)參數(shù)學(xué)習(xí)功能；G01. X12.Y5.代表一般的加工單節(jié)，其中，X、Y自變量設(shè)定單節(jié)終點(diǎn)坐標(biāo)。在發(fā)明中，當(dāng)使用者編輯的加工程序的數(shù)值控制文件中，辨識(shí)出G5. 7碼時(shí)，即表示開啟學(xué)習(xí)功能的程序；當(dāng)辨識(shí)出G5. 5碼時(shí)，即表示結(jié)束學(xué)習(xí)功能的程序。當(dāng)加工程序執(zhí)行啟學(xué)習(xí)功能的程序后，便會(huì)記錄快、準(zhǔn)、穩(wěn)等表現(xiàn)指標(biāo)，經(jīng)過參數(shù)學(xué)習(xí)算法，將得到一組滿足最佳總表現(xiàn)指標(biāo)「P」的參數(shù)。很明顯地，本發(fā)明學(xué)習(xí)功能是可以在加工程序的任何時(shí)間啟動(dòng)學(xué)習(xí)功能或示結(jié)束學(xué)習(xí)功能；對(duì)此，本發(fā)明不加以限制。接著，請(qǐng)參考圖3，是本發(fā)明的數(shù)值控制器的功能方塊示意圖。如圖3所示，本發(fā)明的數(shù)值控制器包括數(shù)字控制模塊10、位置感測(cè)組件17、快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元20與學(xué)習(xí)功能單元30 ；其中，數(shù)字控制模塊10由路徑規(guī)劃單元12、動(dòng)程規(guī)劃單元13與插值單元14所組成。位置感測(cè)組件17與馬達(dá)16連接，用以讀取反饋信號(hào)并將反饋信號(hào)傳入驅(qū)動(dòng)器與數(shù)字控制裝置；其中，位置感測(cè)組件17可以是馬達(dá)編碼器、光學(xué)尺或加速規(guī)；而此反饋信號(hào)可以包括馬達(dá)16的位置、速度與加速度等。接著，快準(zhǔn)穩(wěn)計(jì)算單元20與位置感測(cè)組件17連接， 可以依據(jù)位置感測(cè)組件17傳入的反饋信號(hào)，并將此反饋信號(hào)經(jīng)過快準(zhǔn)穩(wěn)計(jì)算單元20的分別計(jì)算后，分別得到快指針信息25、準(zhǔn)指針信息沈以及穩(wěn)指針信息27 ；再將此三個(gè)快準(zhǔn)穩(wěn)指針訊號(hào)觀輸出并送出至學(xué)習(xí)功能單元30，供學(xué)習(xí)功能用。學(xué)習(xí)功能單元30與快準(zhǔn)穩(wěn)計(jì)算單元20連接，用以提供一算法，并可以依據(jù)使用者設(shè)定的快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息31與快準(zhǔn)穩(wěn)計(jì)算單元20算出的快準(zhǔn)穩(wěn)指針訊號(hào)觀，通過學(xué)習(xí)功能單元30的算法演算后，得到修正后的數(shù)字控制裝置參數(shù)18，供CNC機(jī)械裝置之后的加工使用。接著，請(qǐng)參考圖4，是本發(fā)明的快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元的方塊示意圖。如圖4所示， 快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元20與反饋信號(hào)21連接，此反饋信號(hào)21可以是馬達(dá)或光學(xué)尺的反饋位置與加速規(guī)傳回的加速度數(shù)值；快指針計(jì)算次單元22在加工程序執(zhí)行到啟動(dòng)參數(shù)學(xué)習(xí)功能時(shí)，便會(huì)開始記錄各單節(jié)加工所需時(shí)間Ti,故本發(fā)明的快指標(biāo)(Fast Index)可以設(shè)定成 FI = ciF/ Σ Ji，而CIfS快指標(biāo)常數(shù)。準(zhǔn)指針計(jì)算次單元23將伺服命令位置與反饋位置信號(hào)21相減，計(jì)算相對(duì)軌跡誤差Ei,故本發(fā)明的準(zhǔn)指標(biāo)(Precision Index)可以設(shè)成PI = α p/ Σ Pi，而α ρ為快指標(biāo)常數(shù)。穩(wěn)指針計(jì)算次單元M由反饋加速度信號(hào)21測(cè)床臺(tái)或工件在加工中所承受的加速度變化值，或者也可以從反饋位置信號(hào)21經(jīng)過差分，得到推估的加速度變化值；特別要定義此穩(wěn)指標(biāo)的目的，是因?yàn)榧铀俣鹊淖兓瘯?huì)引發(fā)機(jī)臺(tái)的不規(guī)律抖動(dòng)；故本發(fā)明是針對(duì)加速度時(shí)間信號(hào)，使用小波轉(zhuǎn)換(Wavelet Transformation)或是快速傅立葉轉(zhuǎn)換(Fast Fourior Frequency Transformation)，將時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，因此可以在機(jī)臺(tái)容易產(chǎn)生共振的頻率上，監(jiān)控加速度信號(hào)的強(qiáng)度(intensity)，故本發(fā)明的穩(wěn)指標(biāo)(Stability Index)可以設(shè)成SI = Qs/Σ Ji，其中α s為快指標(biāo)常數(shù)，Ii為在監(jiān)控頻
8率的強(qiáng)度。通過快指針計(jì)算次單元22、準(zhǔn)指針計(jì)算次單元23及穩(wěn)指針計(jì)算次單元M計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的快指針信息25、準(zhǔn)指針信息沈以及穩(wěn)指針信息27，并將此三者的快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息觀提供給學(xué)習(xí)功能模塊使用。很明顯地，上述的快指針計(jì)算次單元、準(zhǔn)指針計(jì)算次單元與穩(wěn)指針計(jì)算次單元是依據(jù)反饋信號(hào)，分別計(jì)算出以數(shù)字衡量的快表現(xiàn)指針、準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)與穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)。此外，也要再一次強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明適用于僅計(jì)算其中一至兩項(xiàng)表現(xiàn)指標(biāo)也可以達(dá)到學(xué)習(xí)的效果，并不局限于一定要計(jì)算出快準(zhǔn)穩(wěn)三項(xiàng)表現(xiàn)指標(biāo)才能達(dá)到學(xué)習(xí)的效果。此外，由于穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)與加工表面粗糙度或表面光潔度有關(guān)，因此，穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)亦可通過表面粗糙度來(lái)描述，對(duì)此本發(fā)明并不局限穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)描述方式。請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D5，是本發(fā)明的學(xué)習(xí)功能單元的方塊示意圖。請(qǐng)參考圖5，學(xué)習(xí)功能單元30是由總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元32、學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元33、雅可比(Jacobian)矩陣修正次單元34及參數(shù)修正次單元35等串接所形成。圖中的快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息31是由使用者設(shè)定的快準(zhǔn)穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)偏好權(quán)重「^」，其可以在輸入控制命令時(shí)，一并由控制命令中輸入至學(xué)習(xí)功能模塊中；其中，快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息觀為前述的快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元20計(jì)算出的快準(zhǔn)穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)。將快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息觀定義為「qj時(shí)，則包括快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息「qj及快準(zhǔn)穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)偏好權(quán)重「K」的總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元32依Eq(I)求得總表現(xiàn)指標(biāo)「P」P = T,W' =wI^i + +-" + w^mEq(I)將目前的總表現(xiàn)指標(biāo)「P」代入學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元33，判斷總表現(xiàn)指標(biāo)「P」是否有變好，有變好代表前次學(xué)習(xí)有效，則學(xué)習(xí)有效次數(shù)加1，旗標(biāo)「L」設(shè)1，并儲(chǔ)存前次學(xué)習(xí)的參數(shù)修正結(jié)果；沒變好代表前次學(xué)習(xí)無(wú)效，則學(xué)習(xí)無(wú)效次數(shù)加1，旗標(biāo)「L」設(shè)0，并放棄前次學(xué)習(xí)的參數(shù)修正結(jié)果。其中，判斷總表現(xiàn)指標(biāo)「P」是否有變好的方式，是將此次所計(jì)算出的總表現(xiàn)指標(biāo)「P」與前一次所計(jì)算出的總表現(xiàn)指標(biāo)「P-J相比對(duì)；例如，當(dāng)總表現(xiàn)指標(biāo)「P」值比總表現(xiàn)指標(biāo)「P-J值小時(shí)(或是收斂時(shí))，則判斷總表現(xiàn)指標(biāo)「P」變好；反的，則判斷總表現(xiàn)指標(biāo)「P」變不好。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果后，進(jìn)入雅可比(Jacobian)矩陣修正次單元34，若旗標(biāo)「L」為1，則修正雅可比矩陣「K」；若旗標(biāo)「L」為0，表示前次學(xué)習(xí)無(wú)效，則不修正雅可比矩陣「K」；其中， 雅可比矩陣「K」的修正方法如下由于各項(xiàng)表現(xiàn)指標(biāo)「qj為各個(gè)參數(shù)「X」」的函數(shù)，因此其變化量為qj = f (x1 ...，Xj，...，xn)Δ仏=^·Δχι+…++Eq(2)
δχ]BxjdxnOXj利用Eq (2)計(jì)算出預(yù)估的表現(xiàn)指標(biāo)變化量「Δ q/」
權(quán)利要求
1.一種具有參數(shù)學(xué)習(xí)功能的控制器，包括一路徑規(guī)劃單元，用以接收一加工程序并依據(jù)該加工程序規(guī)劃一加工路徑信息；一動(dòng)程規(guī)劃單元，其一輸入端與該路徑規(guī)劃單元連接并接收該加工路徑信息，其另一輸入端與一數(shù)字控制參數(shù)連接，依據(jù)該加工路徑信息及該數(shù)字控制參數(shù)規(guī)劃該加工路徑信息并輸出運(yùn)動(dòng)信息；一插值單元，與該動(dòng)程規(guī)劃單元連接，并將該動(dòng)程規(guī)劃單元所輸出的運(yùn)動(dòng)信息執(zhí)行插值運(yùn)算后，再將一控制命令輸出至一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)一馬達(dá)；一快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元，其一輸入端與一位置感測(cè)組件連接，并接收該位置感測(cè)組件輸入的反饋信號(hào)，并依據(jù)該反饋信號(hào)分別計(jì)算一快表現(xiàn)指標(biāo)、一準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)及一穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)，以輸出一快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息；一學(xué)習(xí)功能單元，其一第一輸入端接收由使用者設(shè)定的快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息，其一第二輸入端與該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元連接并接收該快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息，重新計(jì)算新的數(shù)字控制參數(shù)，并輸出至該動(dòng)程規(guī)劃單元。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器，其中，該加工路徑信息輸出運(yùn)動(dòng)信息包括速度及加速度。
3.如權(quán)利要求2所述的控制器，其中，該反饋信號(hào)包括馬達(dá)的位置、速度與加速度。
4.如權(quán)利要求3所述的控制器，其中，該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元包括一快指針計(jì)算次單元、一準(zhǔn)指針計(jì)算次單元與一穩(wěn)指針計(jì)算次單元，并依據(jù)該反饋信號(hào)，分別計(jì)算出以數(shù)字衡量的該快表現(xiàn)指標(biāo)、該準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)與該穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)。
5.如權(quán)利要求4所述的控制器，其中，該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元中的該快指針計(jì)算次單元是在加工程序執(zhí)行到啟動(dòng)參數(shù)學(xué)習(xí)功能時(shí)，開始記錄各單節(jié)加工所需時(shí)間Ti,而該快表現(xiàn)指標(biāo)FI的計(jì)算方式為FI = aF/ Σ Ji，而a 快指標(biāo)常數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的控制器，其中，該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元中的該準(zhǔn)指針計(jì)算次單元是將一伺服命令位置與該反饋位置信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，以計(jì)算相對(duì)軌跡誤差Ei,而該準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)PI的計(jì)算方式為PI = αρ/ Σ iEi，而α ρ為準(zhǔn)指標(biāo)常數(shù)。
7.如權(quán)利要求4所述的控制器，其中，該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元中的該穩(wěn)指針計(jì)算次單元是將反饋信號(hào)的該馬達(dá)加速度值進(jìn)行差分運(yùn)算，以得到一加速度變化值。
8.如權(quán)利要求1所述的控制器，其中，該學(xué)習(xí)功能單元包括一總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元，依據(jù)該快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息與該快表現(xiàn)指針、該準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)或該穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)的至少其中的一個(gè)表現(xiàn)指標(biāo)來(lái)計(jì)算一總表現(xiàn)指標(biāo)；一學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元，與該總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元連接，并接收該總表現(xiàn)指標(biāo)以進(jìn)行一判斷；一雅可比矩陣修正次單元，與該學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元連接，并根據(jù)該學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元的判斷結(jié)果，修正雅可比矩陣中的表現(xiàn)指標(biāo)對(duì)參數(shù)；一參數(shù)修正次單元，與該雅可比矩陣修正次單元連接，并設(shè)定一參數(shù)學(xué)習(xí)收斂條件。
9.一種控制器參數(shù)學(xué)習(xí)方法，包括提供一路徑規(guī)劃單元，用以接收一加工程序并依據(jù)該加工程序規(guī)劃一加工路徑信息；提供一動(dòng)程規(guī)劃單元，其一輸入端與該路徑規(guī)劃單元連接并接收該加工路徑信息，其另一輸入端與一數(shù)字控制參數(shù)連接，依據(jù)該加工路徑信息及該數(shù)字控制參數(shù)規(guī)劃該加工路徑信息并輸出運(yùn)動(dòng)信息；提供一插值單元，與該動(dòng)程規(guī)劃單元連接并將該動(dòng)程規(guī)劃單元所輸出的運(yùn)動(dòng)信息執(zhí)行插值運(yùn)算后，再將一控制命令輸出至馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)一馬達(dá)；提供一快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元，其一輸入端與一位置感測(cè)組件連接并接收該位置感測(cè)組件輸入的反饋信號(hào)，并依據(jù)該反饋信號(hào)分別計(jì)算一快表現(xiàn)指標(biāo)、一準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)及一穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)，以輸出一快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息；提供一學(xué)習(xí)功能單元，其一第一輸入端接收由使用者設(shè)定的快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息，其一第二輸入端與該快準(zhǔn)穩(wěn)指針計(jì)算單元連接并接收該快準(zhǔn)穩(wěn)指針信息，重新計(jì)算新的數(shù)字控制參數(shù)，并輸出至該動(dòng)程規(guī)劃單元。
10.如權(quán)利要求9所述的控制器參數(shù)學(xué)習(xí)方法，其中，該學(xué)習(xí)功能單元的演算步驟包括提供一總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元，依據(jù)該快準(zhǔn)穩(wěn)權(quán)重信息與該快表現(xiàn)指針、該準(zhǔn)表現(xiàn)指標(biāo)或該穩(wěn)表現(xiàn)指標(biāo)至少其中一個(gè)表現(xiàn)指標(biāo)來(lái)計(jì)算出一總表現(xiàn)指標(biāo)；提供一學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元，與總表現(xiàn)指針計(jì)算次單元連接并接收該總表現(xiàn)指標(biāo)以進(jìn)行一判斷；提供一雅可比矩陣修正次單元，與該學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元連接并根據(jù)該學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)次單元的判斷結(jié)果，修正雅可比矩陣中的表現(xiàn)指標(biāo)對(duì)參數(shù)；提供一參數(shù)修正次單元，與該雅可比矩陣修正次單元連接，并設(shè)定一參數(shù)學(xué)習(xí)收斂條件。
11.如權(quán)利要求10所述的控制器參數(shù)學(xué)習(xí)方法，其中，該參數(shù)修正次單元的修正參數(shù)步驟包括決定一總表現(xiàn)指針的目標(biāo)改善量，若前次學(xué)習(xí)無(wú)效則減小目標(biāo)改善量，若有效則不改變目標(biāo)改善量；決定調(diào)變參數(shù)的方向，選擇一平行總表現(xiàn)指標(biāo)對(duì)參數(shù)的梯度方向來(lái)調(diào)變參數(shù)； 決定修正后的數(shù)值控制裝置參數(shù)，依據(jù)前兩步驟的結(jié)果，得各項(xiàng)參數(shù)的修正量并與目前參數(shù)相加，以得出一修正后的參數(shù)。
全文摘要
一種CNC機(jī)械裝置的參數(shù)學(xué)習(xí)方法，可根據(jù)使用者預(yù)設(shè)的快、準(zhǔn)、穩(wěn)等偏好，通過學(xué)習(xí)的方式，調(diào)變機(jī)械裝置的參數(shù)，使得快、準(zhǔn)、穩(wěn)等加工特性依使用者的偏好來(lái)改善，達(dá)成加工時(shí)間縮短、精度提升或穩(wěn)度變好的目的。
文檔編號(hào)G05B19/41GK102467113SQ201010546078
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者楊勝安, 王芝峰, 陳弘真 申請(qǐng)人:新代科技股份有限公司