走进五轴世界｜华中数控五轴系统精准高效控制秘诀七：前馈功能

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前馈功能

前言

     高端数控加工中，进给轴的动态跟随精度直接决定了零件的轮廓精度和表面质量。传统PID控制依赖于偏差来产生驱动指令，高速、高加速工况下跟随误差较大，进而导致拐角过切、圆度失真等问题。

     针对这一痛点，华中数控在HSV系列驱动侧集成了动力学前馈功能包，包含速度前馈、加速度前馈、摩擦前馈三个模块。通过在指令域提前补偿所需的转矩或电流，能大幅降低动态跟随误差，让伺服跟随逼近“零滞后”，从而改善零件的加工精度和表面光洁度。

     版本说明：动力学前馈功能已标配于华中数控HSV系列伺服驱动，软件版本V2847及以上（含V2848）均支持本手册所述全部功能。

华中五轴数控系统

动力学前馈功能详解

功能架构

     HSV系列驱动侧前馈V1.0支持以下三种前馈功能，可组合使用，调试流程清晰，效果叠加。

图1 驱动侧前馈功能调试流程图

     调试总流程：伺服参数整定→ 速度前馈开启 → 惯量辨识 →按需开启加速度前馈、摩擦前馈 → 圆度/波形验证。

速度前馈：稳速段误差趋近于零

     速度前馈是最基础的前馈形式。开启后，系统根据指令速度直接生成前馈转矩，可大幅降低匀速运动时的跟随误差。如图2所示，将速度前馈设为PA1=100后，稳速段跟随误差从数十微米降至接近零。

图2 速度前馈开启效果

加速度前馈：消除加减速段滞后

   加速度前馈需准确获取负载惯量比（PB12/PB13），并合理设置滤波系数（PA35）。惯量辨识可通过系统“诊断→伺服调整”界面一键完成，支持旋转电机与直线电机。

图3 旋转电机惯量辨识界面

图4 直线电机惯量辨识界面

     关键步骤：

     1、自动惯量辨识，生成PB12/PB13。

     2、调整PA35使加速度前馈量平滑（推荐PA35=200—500）。

     3、开启PB63=100，加速度前馈生效。

     如图5，速度前馈基础上增加加速度前馈，加减速段的跟随误差峰值降低50%以上。

图5 加速度前馈开启效果

摩擦前馈：消除反向突跳，圆度精度提升

     机床丝杠、导轨等传动部件存在非线性摩擦，换向时会造成轮廓“外凸”或“内凹”。摩擦前馈通过辨识正向/反向摩擦力补偿值（PB59/PB60）及滤波频率（PB57），实现精准补偿。

图6 驱动侧摩擦前馈功能调试流程

     图6给出了摩擦前馈调试的大体流程：先确定摩擦力补偿值(PB59/PB60)，然后开启摩擦，依据圆度突跳补偿结果，对补偿参数进行精调。

     粗调后，进入圆度调试界面，依据实际突跳补偿结果，对摩擦前馈参数进行微调。具体微调策略见表1。

表1 摩擦前馈参数微调策略

     图7给出了速度加速度前馈基础上，开启摩擦前馈后的补偿效果。可以看到，开启摩擦前馈后，反向段跟随误差进一步降低。图8给出了开/关摩擦下相应圆度突跳补偿结果。

图7 摩擦前馈开启效果

关摩擦                                开摩擦

图8 速度加速度前馈下，开/关摩擦前馈的效果示意图(R10F2500)

应用效果

     华中数控驱动侧动力学前馈功能已在多种机型上得到验证。以某用户现场实际加工为例，该机床A轴换向时跟随误差长期偏大，导致叶轮流道表面出现明显斑纹。启用驱动侧前馈功能后，经实测，A轴反向跟随误差降低至1.7毫度以内，叶轮流道加工后的斑纹基本消失，表面光洁度达到工艺要求。

结语

     从单纯依赖PID反馈，到引入动力学前馈补偿，华中数控驱动侧前馈功能重新定义了伺服跟随精度的上限。通过惯量一键辨识、引导式参数调试、圆度图形化验证，用户无需深厚控制理论背景即可快速获得“零误差”跟随效果。

     该功能已标配于华中数控HSV系列伺服驱动，适用于各类需要高动态响应、高轮廓精度的加工场景。未来，我们将持续迭代前馈算法，结合AI自整定技术，让数控机床的每一寸移动都精准无误。

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图|文：柯西江

编辑：贺熙鲁

审核：张幼龙

出品：华中数控品牌与市场策划部