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申请/专利权人：中国第一汽车股份有限公司

摘要：本发明涉及一种基于simulink的四轴工具控制方法。所述四轴工具包括伸缩杆1、伸缩杆2、伸缩杆3、伸缩杆4、旋转主轴B和抛光头。根据四轴工具特点对simulink的控制程序进行优化，实现对抛光头的轨迹进行实时精密控制；包括改进PID控制和四轴工具系统运动控制；所述改进PID控制为对simulink中的PID控制部分进行逻辑改进，改进后的PID控制部分包括改进积分单元、选择单元和位移传感器反馈单元；所述四轴工具系统运动控制包括抛光工具系统运动反解、工具系统原点坐标求解和气动伸缩杆长度求解。

主权项：1.一种基于simulink的四轴工具控制方法，其特征在于，根据四轴工具特点对simulink的控制程序进行优化，对抛光头的轨迹进行实时控制；包括改进PID控制和四轴工具系统运动控制；所述改进PID控制为对simulink中的PID控制部分进行逻辑改进，改进后的PID控制部分包括改进积分单元、选择单元和位移传感器反馈单元；所述四轴工具系统运动控制为对四轴工具的抛光头运动轨迹进行实时控制，包括抛光工具系统运动反解、工具系统原点坐标求解和气动伸缩杆长度求解；所述四轴工具包括伸缩杆1、伸缩杆2、伸缩杆3、伸缩杆4、旋转主轴B和抛光头；所述改进积分单元包括Subsystem模块和Integrator3模块；Subsystem模块进行逻辑判断，输入Subsystem模块的值in1为所述气动伸缩杆的期望值杆长与实际值杆长差值的绝对值，输入Subsystem模块的值in2为常数0.2，当所述绝对值有增大趋势时，Subsystem模块输出积分值，所述Integrator3模块开始作用，当所述绝对值有减小趋势时，Subsystem模块输出值为0，所述Integrator3模块不作用；所述选择单元包括Add7模块和Switch6模块；所述Add7模块将输入数值叠加，所得数值输入Switch6模块进行判断，所述判断为：当Switch6模块输入值0时，经过Switch6模块判断后输出电压值为0，当Switch6模块输入值＞0时，经过Switch模块判断后输出电压值为输入值；所述位移传感器反馈单元包括Analoginput模块、Add8模块和Add9模块；当所述气动伸缩杆开始运动时，位移传感器将气动伸缩杆的实时长度通过Analoginput模块反馈至控制程序，在Add8模块将Analoginput输入与常数-3.1892加和，得到的数值与常数2.8286的乘积作为气动伸缩杆伸长量，Add9模块将所述气动伸缩杆伸长量与常数94.5相加后输出；所述抛光工具系统运动反解的步骤如下：已知工件坐标系的原心在固定坐标系中的坐标为，抛光点在中的坐标为，抛光点的单位法向量表示为，已知期望抛光压力下的抛光头的变形量，为抛光头半径，根据以上信息，可以求出半球形工具头圆心在点时在中的坐标，表示为，点的齐次坐标可以表示为，，通过左乘变换矩阵可以求得在固定坐标系中的坐标；在计算工具坐标系到固定坐标系的旋转矩阵时，引入参考点，的坐标为，向量与向量之间的夹角是工具坐标系绕固定坐标系轴的旋转角度，向量与向量之间的夹角是工具坐标系绕固定坐标系轴的旋转角度，求解公式为： 设工具坐标系先绕轴转角，再绕轴转角，最后绕轴转角，因为该工具系统不存在绕轴旋转，所以；所述工具系统原点坐标求解的步骤如下：已知向量可以求出该向量的单位向量即， 向量的模长固定不变且已知，，所述为结构参数且已知，因此可以求得向量，工具坐标系原点在坐标系中的方向坐标为，同时可以求得工具坐标系原点在坐标系中的轴上的坐标，所述为抛光头半径，所述为期望抛光压力下的抛光头的变形量；同理，已知向量通过与该向量模长运算可以求出该向量的单位向量即， ，因此可以求得向量，工具坐标系原点在坐标系中的方向坐标为；所述气动伸缩杆长度求解的步骤如下：伸缩杆1与固定支架相连处的中心点在工具系统的固定坐标系中的坐标已知并可以表示为，伸缩杆1的移动关节处的中心点在工具系统移动坐标系中的坐标已知并且可以表示为,那么在固定坐标系中的坐标可以求得为， 所以在坐标系中调整后伸缩杆1的长度为向量的长度为：，同理可得伸缩杆2的长度为，伸缩杆3的长度为；所述四轴工具为四自由度的微动工具系统，该工具系统有四个气缸控制的气动伸缩杆，分别为伸缩杆1、伸缩杆2、伸缩杆3和伸缩杆4，还有一个旋转主轴B，所述旋转主轴B连接有抛光头；该工具系统通过底板转接板固定在工作台上，工具系统工作时通过工具系统四个气动伸缩杆运动实现抛光头在一定范围内的自由运动；其中伸缩杆4的伸缩运动可以控制抛光头沿着轴上下运动，伸缩杆1、伸缩杆2和伸缩杆3的并联运动可以控制抛光头在工件坐标系平面一定范围内自由运动；伸缩杆1、伸缩杆2和伸缩杆3通过球铰与电机主轴外固定套筒和支撑架连接。

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