一种数控系统轨迹规划中加减速控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种数控系统轨迹规划中加减速控制方法，假设数控系统加工时总运行时间为T，将总运行时间划分为七个时间段，分别为0～t1、t1～t2、t2～t3、t3～t4、t4～t5、t5～t6、t6～t7，定义每个时间段的时间间隔为Ti(i＝1,2,3……,7)，则T1对应的时间段为0～t1，T2对应的时间段为t1～t2，T3对应的时间段为t2～t3，T4对应的时间段为t3～t4,T5对应的时间段为t4～t5,T6对应的时间段为t5～t6,T7对应的时间段为t6～t7，在规划加减速曲线模型时使用的算法表达式为

【技术实现步骤摘要】
一种数控系统轨迹规划中加减速控制方法
本专利技术涉及伺服系统运动控制领域，特别涉及一种数控系统轨迹规划中加减速控制方法。
技术介绍
传统的直线加减速控制因在给定位置、速度、加速度的条件下定位时间最优而得到广泛应用，但其转折点处不连续的加速度往往会导致机器以期望的精度到达终点时产生超程和振荡。指数加减速控制与直线加减速控制相比，其平滑度和运动精度相对较高。但是控制算法较为复杂，占用时间长，并且在加减速的起、终点仍然存在加速度突变，会对机床产生一定的冲击。目前较为常用的S曲线加减速控制算法如图1所示，其在理想情况下实现了加速度的连续变化，但阶跃变化的加加速度仍会使系统产生较大的冲击和振荡。论文“一种Jerk连续的正弦函数平方曲线加减速算法研究”(发表于《制造技术与机床》，(12):158-161,2010，发表人为孙建仁，胡赤兵，王保民)提出了一种加加速度连续的正弦函数平方曲线加减速控制方法如图2所示，有效地提高了数控系统的稳定性。但这种加减速控制方法仍然存在不足：在匀加速段时，变速段与匀加速段(匀减速段)的Jerk曲线虽然连续，但在转折点处的加加速度曲线仍然不够平滑，这样会导致数控系统在此处仍然处于骤然加速或者骤然减速的状态。
技术实现思路
本专利技术提供一种数控系统轨迹规划中加减速控制方法，用于解决上述问题。为达到上述目的，本专利技术提供一种数控系统轨迹规划中加减速控制方法，假设数控系统加工时总运行时间为T，将总运行时间划分为七个时间段，分别为0～t1、t1～t2、t2～t3、t3～t4、t4～t5、t5～t6、t6～t7，定义每个时间段的时间间隔为Ti(i＝1,2,3……,7)，则T1对应的时间段为0～t1，T2对应的时间段为t1～t2，T3对应的时间段为t2～t3，T4对应的时间段为t3～t4,T5对应的时间段为t4～t5,T6对应的时间段为t5～t6,T7对应的时间段为t6～t7，在规划加减速曲线模型时使用的算法表达式为其中j(t)为加加速度关于时间t的函数，jmax为运行过程中的加加速度最大值，作为优选，T1＝T3＝T5＝T7。作为优选，所述加减速曲线模型中加速度的算法表达式为其中amax为最大加速度。作为优选，所述加减速曲线模型中速度的算法表达式为其中Vmax为数控系统加工允许最大速度，v1,v2,v5,v6代表当t＝t1,t2,t5,t6时的瞬时速度。作为优选，所述加减速曲线模型中位移的算法表达式为，其中s1,s2,s3,s4,s5,s6代表当t＝t1,t2,t3,t4,t5,t6时的位移。作为优选，数控系统在加工时出现过amax或者-amax，并且定义数控系统加工时的目标位移为L，当t＝t7时，位移为S7；S7小于或者等于L。本专利技术提供的这种数控系统轨迹规划中加减速控制方法，具有以下优点：1.与已有的指数加减速控制算法相比，本控制算法模型更为简单，在实际系统应用时能够节省较多算法编写时间。2.与已有的Jerk连续的正弦函数平方曲线加减速控制方法相比，本方法的加加速度曲线更加平滑，直接减少了数控系统启停，从而减少了加减速过程中加加速度的变化对数控系统造成的冲击与振荡。附图说明图1为现有技术中S曲线加减速控制算法曲线；图2为现有技术中Jerk连续的正弦函数平方曲线加减速控制方法曲线；图3为本专利技术提供的改进型正弦函数平方曲线加减速模型曲线；图4为本专利技术提供的无法达到最大速度及最大加速度时加减速模型曲线；图5为本专利技术提供的能够达到最大速度及最大加速度时加减速模型曲线。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本专利技术的目的在于提供一种应用于高精度伺服系统轨迹规划的改进型正弦函数平方曲线加减速控制的方法。图3所示即为此改进型正弦函数平方曲线加减速曲线的模型,其中jmax为运行过程中的加加速度最大值，amax为最大加速度，Vmax为加工允许最大速度。整个加减速曲线可分为对称的7个阶段，0～t1都为加加速阶段、t1～t2为匀加速阶段、t2～t3为减加速阶段、t3～t4为匀速阶段、t4～t5为加减速阶段、t5～t6为匀减速阶段、t6～t7为减减速阶段，定义每个阶段的时间间隔为Ti，i＝1,2,3……,7(如0～t1段为T1,t1～t2段为T2,以此类推)，又因为整个速度曲线的对称性，我们可以归纳出：T1＝T3＝T5＝T7。定义总运行时间为T，加加速度、加速度、速度、位移关于时间t的函数分别为J(t)，A(t)，V(t)和S(t)，令t0＝0，下面首先给出加加速度关于时间t的函数表达式：(1)中：对(1)式依次进行积分，我们可以得到其加速度，速度及位移表达式如式(2)，(3)及(4)所示:其中v1、v2、v5、v6代表当t＝t1、t2、t3、t4、t5、t6时的瞬时速度；s1、s2、s3、s4、s5、s6代表当t＝t1、t2、t3、t4、t5、t6时的位移。(1)～(4)即为改进型正弦函数平方曲线加减速曲线的加加速度、加速度、速度、位移的数学表达式。上述方程满足这样的边界条件：1.加减速过程中能达到最大的加速度或是最大减速度。2.定义目标位移为L，当t＝t7时，位移为S7；S7小于或者等于L。那么由式(2)可得：即：T＝4T1+2T2+T4(7)在实际的轨迹规划中，需要进行不同控制条件下的速度规划，由式(3)可以得到：定义轨迹规划过程中的实际运动位移为L，目标位移为S7,仿真参数选择如下:S7＝0.0245m＝24500counts,采样频率为2000Hz,最大速度vmax为600mm/s,可分为下列两种情况进行规划：(1)当L＜S7时，此时实际运动速度无法达到最大速度，加速度无法达到最大加速度，设置L＝0.0145m，仿真结果如图4所示。(2)当L≥S7时，此时实际运动速度能达到最大速度，加速度能够达到最大加速度，设置L＝0.0345m，仿真结果如图5所示。本专利技术提供的这种数控系统轨迹规划中加减速控制方法，具有以下优点：1.与已有的指数加减速控制算法相比，本控制算法模型更为简单，在实际系统应用时能够节省较多算法编写时间。2.与已有的Jerk连续的正弦函数平方曲线加减速控制方法相比，本方法的加加速度曲线更加平滑，直接减少了数控系统启停，从而减少了加减速过程中加加速度的变化对数控系统造成的冲击与振荡。显然，本领域的技术人员可以对专利技术进行各种改动和变型而不脱离本专利技术的精神和范围。倘若本专利技术的这些修改和变型属于本专利技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本专利技术也意图包括这些改动和变型在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控系统轨迹规划中加减速控制方法，其特征在于，假设数控系统加工时总运行时间为T，将总运行时间划分为七个时间段，分别为0～t1、t1～t2、t2～t3、t3～t4、t4～t5、t5～t6、t6～t7，定义每个时间段的时间间隔为Ti(i＝1,2,3……,7)，则T1对应的时间段为0～t1，T2对应的时间段为t1～t2，T3对应的时间段为t2～t3，T4对应的时间段为t3～t4,T5对应的时间段为t4～t5,T6对应的时间段为t5～t6,T7对应的时间段为t6～t7，在规划加减速曲线模型时使用的算法表达式为

【技术特征摘要】
1.一种数控系统轨迹规划中加减速控制方法，其特征在于，假设数控系统加工时总运行时间为T，将总运行时间划分为七个时间段，分别为0～t1、t1～t2、t2～t3、t3～t4、t4～t5、t5～t6、t6～t7，定义每个时间段的时间间隔为Ti(i＝1,2,3……,7)，则T1对应的时间段为0～t1，T2对应的时间段为t1～t2，T3对应的时间段为t2～t3，T4对应的时间段为t3～t4,T5对应的时间段为t4～t5,T6对应的时间段为t5～t6,T7对应的时间段为t6～t7，在规划加减速曲线模型时使用的算法表达式为其中j(t)为加加速度关于时间t的函数，jmax为运行过程中的加加速度最大值，2.如权利要求1所述的数控系统轨迹规划中加减速控制方法，其特征在于，T1＝T3＝T5＝T7。3.如权利要求1所述的数控系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱其新，费清琪，刘红俐，蒋全胜，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32