基于时间分割法与数字积分法混合实现的空间直线插补方法技术

基于时间分割法与数字积分法混合实现的空间直线插补方法，涉及运动控制空间直线插补中的控制技术。其特点是在时间分割法与数字积分法的基础上，采用可控的插补周期按照累加脉冲次数对空间直线进行粗插补，然后对得到的粗插补数据按照预定的分频系数采用数字积分法的方式进行精插补。

Space linear interpolation method based on time division method and digital integral method

A space linear interpolation method based on time division method and digital integration method. It involves the control technique in motion control space linear interpolation. Its characteristic is based segmentation method and digital integration method in time, the interpolation cycle controlled in accordance with the cumulative number of pulse rough interpolation of space line, then the coarse interpolation data obtained according to the predetermined frequency coefficient by digital integral method of interpolation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及运动控制中的控制技术，具体涉及运动控制器的。
技术介绍
在多轴连续轨迹加工中，在满足位置精度要求的条件下实现平滑的进给速度是运动控制器的重要目标，对于提高加工表面的光洁度有着重要意义。通常的运动控制器是采用基于粗、精二级插补、插补周期固定的时间分割法进行直线插补，其特点是先采用软件计算进行粗插补，将每一段直线划分为长度与期望的进给速度对应的小直线段，然后再采用硬件进行精插补，在固定的插补周期内对小直线段根据固定的累加脉冲时钟采用数字积分法进行各轴进给脉冲的均匀发送。在加工由大量微小直线段组成的加工代码时，采用上述方法易出现表面存在马赛克、层次分界线明显、光洁度不均匀等影响加工表面光洁度的问题，在排除机床机械误差、刀具磨损等因素之外，其产生的主要原因是没有保持平滑的进给速度，实现各轴进给脉冲序列的均匀发送。这与运动控制器的插补方法有着直接的关系，因为基于粗、精二级差补、插补周期固定的时间分割法虽然具有原理简单、便于控制进给速度等优点，但存在下列缺陷(1)在离散化表示加工代码的情况下插补过程中会出现难以处理的零头距离，导致进给速度的不均匀；(2)通过复杂的加减速控制可以达到消除零头距离，提高进给速度均匀性的目的，但会导致加工效率的降低和频繁的加减速；(3)在直线段对应的各轴进给量相差较大时会由于细分直线段带来插补误差的增大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是克服时间分割法插补的不足，消除零头距离，提高进给速度的平滑性，同时提高加工效率，不因细分直线段而增大插补误差。为解决上述问题，本专利技术提出一种基于时间分割法和数字积分法混合实现的空间直线插补方法，它是采用时间分割法中的时间分割的原理，对数字积分法中的累加溢出过程按照进给速度的要求采用可控的插补周期进行时间分割。本专利技术的技术解决方案如下一种，其特征在于，它采用如下步骤进行(1)、先根据直线插补的起点与终点进行插补前初始化，得到空间各轴总的进给量，并按照硬件累加器的宽度进行左移规格化，得到各轴的累加数和总的累加次数；(2)、按照期望的进给速度采用长度可变的插补周期对空间直线进行粗插补根据当前期望的进给速度V，当前期望的进给步长F，默认插补周期T0，插补起点Ps(Xs，Ys，Zs)到终点Pe(Xe，Ye，Ze)的总距离S，当前插补点Pc(Xc，Yc，Zc)到终点Pe(Xe，Ye，Ze)的距离Srem，以及剩余的累加次数Cremaddsum，通过对默认的插补周期进行修正以及对总累加次数进行划分来确定下一个点的插补周期Tc，以及在Tc内的累加次数CaddTc=T0,V=FTc=T0×FV,V≠F,Cadd=Caddsum×FSrem,F<SremCadd=Cremaddsum,F=Srem---(1)]]>其中，T0为默认插补周期，(1)式中的速度以T0为时间单位。根据得到的下一个点的插补周期Tc和在该插补周期内要求完成的累加次数Cadd，得到对应的累加时钟的频率并表示为系统时钟的分频系数Fadd=Fclk_sys(Cadd/Tc)---(2)]]>其中，Fclk_sys为系统时钟的频率； (3)、对(2)式得到的粗插补数据按照预定的分频系数Fadd采用数字积分法的方式进行精插补，实现各轴进给脉冲的均匀发送。所述的精插补是对系统时钟按照预定的分频系数Fadd进行分频产生累加时钟，然后根据累加时钟在三轴硬件累加器中进行累加溢出进行均匀发送实现三轴脉冲的均匀发送，同时对系统时钟进行计数以实现预定的下一点的插补周期。有益效果与现有的时间分割法相比，本专利技术提出的基于时间分割法和数字积分法混合实现的空间直线插补方法的优点和积极效果是(1)本专利技术提出的基于时间分割法和数字积分法混合实现的空间直线插补方法，可以完全消除零头距离，实现各轴进给脉冲的均匀协调发送；(2)本专利技术提出的基于时间分割法和数字积分法混合实现的空间直线插补方法，不需要采用复杂的加减速控制来消除零头距离，可以提高加工效率；(3)本专利技术提出的基于时间分割法和数字积分法混合实现的空间直线插补方法，在直线段对应的各轴进给量相差较大的情况下，不会由于细分直线段带来插补误差的增大。采用本专利技术提出的基于时间分割法和数字积分法混合实现的空间直线插补方法进行各种零件的轮廓加工，可以达到速度不均匀系数平均值≤0.5％，插补误差平均值为≤0.00005mm的高性能指标。在三自由度加工制造业具有广阔的应用市场。附图说明图1是空间直线插补示意图；图2是空间直线插补结构图；图3是本专利技术实施例1的插补点序列示意图；图4是本专利技术实施例1的速度不均匀系数曲线图；图5是本专利技术实施例1的插补误差曲线图；图6是本专利技术实施例2的插补点序列示意图；图7是本专利技术实施例2的速度不均匀系数曲线图；图8是本专利技术实施例2的插补误差曲线图； 具体实施例方式以下结合附图和实例，进一步说明本专利技术。本专利技术提出的基于时间分割法和数字积分法混合实现的空间直线插补方法具体计算方法为，如图1所示为空间直线插补示意图，设直线插补的起点为Ps(Xs，Ys，Zs)，终点为Pe(Xe，Ye，Ze)，当前插补点为Pc(Xc，Yc，Zc)。如图2所示为空间直线插补结构图，包括插补前初始化、粗插补和精插补三个部分，设硬件累加器Xbuf、Ybuf与zbuf的数据宽度均为m位(即累加到大于等于2m时产生一次溢出)。首先根据直线插补的起点与终点进行插补前初始化，得到总距离S为S=(Xs-Xe)2+(Ys-Ye)2+(Zs-Ze)2]]>空间各轴总的进给量分别为sumdx=Xe-Xssumdy=Ye-Yssumdz=Zs-Ze]]>找出{|sumdx|，|sumdy|，|sumdz|}中的最大值sumdmax，根据sumdmax与溢出值2m，按照下述算法进行左移规格化得到总累加次数Caddsum与左移位数i(1)初始化Caddsum＝2m，i＝0；(2)进行左移规格化i=i+1;sumdmax=sumdmax×2;Caddsum=Caddsum/2;]]>(3)如果sumdmax＜2m，返回(2)，否则继续(4)；(4)得到左移规格化的结果i=i-1;Caddsum=Caddsum×2;]]>对于直线插补来说，每次插补时的累加数是相同的，均为 dx=sumdx<<idy=sumdy<<idz=sumdz<<i]]>通过对硬件累加器Xbuf、Ybuf与zbuf按照相同的累加时钟分别同时累加Caddsum次dx、dy、dz，就能分别在X、Y、Z三轴均匀产生sumdx、sumdy、sumdz次溢出，每次溢出可以相应地转化为对应轴的一个进给脉冲，从而可实现从起点到终点的直线运动。根据上述数字积分法的原理，每次插补时的累加次数实际与每次插补时的进给步长是成正比的，比例系数为S/Caddsum，那么通过控制每次插补时的累加次数，实际就控制了每次插补时的进给步长。因此进行粗插补时，根据当前期望的进给速度V，当前期望的进给步长F，默认的插补本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时间分割法与数字积分法混合实现的空间直线插补方法，其特征在于，它采用如下步骤进行：（１）、先根据直线插补的起点与终点进行插补前初始化，得到空间各轴总的进给量，并按照硬件累加器的宽度进行左移规格化，得到各轴的累加数和总的累加次数；（２）、按照期望的进给速度采用长度可变的插补周期对空间直线进行粗插补：根据当前期望的进给速度Ｖ，当前期望的进给步长Ｆ，默认的插补周期Ｔ↓［０］，插补起点Ｐ↓［Ｓ］（Ｘ↓［Ｓ］，Ｙ↓［Ｓ］，Ｚ↓［Ｓ］）到终点Ｐ↓［ｅ］（Ｘ↓［ｅ］，Ｙ↓［ｅ］，Ｚ↓［ｅ］）的总距离Ｓ，当前插补点Ｐ↓［ｃ］（Ｘ↓［ｃ］，Ｙ↓［ｃ］，Ｚ↓［ｃ］）到终点Ｐ↓［ｅ］（Ｘ↓［ｅ］，Ｙ↓［ｅ］，Ｚ↓［ｅ］）的距离Ｓ↓［ｒｅｍ］，以及剩余的累加次数Ｃ↓［ｒｅｍａｄｄｓｕｍ］，通过对默认的插补周期进行修正以及对总累加次数进行划分来确定下一个点的插补周期Ｔ↓［ｃ］，以及在Ｔ↓［ｃ］内的累加次数Ｃ↓［ａｄｄ］＊＊＊（１）其中，Ｔ↓［０］为默认的插补周期，（１）式中的速度以Ｔ↓［０］为时间单位；根据得到的下一个点的插补周期Ｔ↓［ｃ］和在该插补周期内要求完成的累加次数Ｃ↓［ａｄｄ］，得到对应的累加时钟的频率并表示为系统时钟的分频系数：Ｆ↓［ａｄｄ］＝Ｆ↓［ｃｌｋ＿ｓｙｓ］／（Ｃ↓［ａｄｄ］／Ｔ↓［ｃ］）（２）其中，Ｆ↓［ｃｌｋ＿ｓｙｓ］为系统时钟的频率；（３）、对（２）式得到的粗插补数据按照预定的分频系数Ｆ↓［ａｄｄ］采用数字积分法的方式进行精插补，实现各轴进给脉冲的均匀发送。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丛爽，刘宜，方凯，钱玮，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]