在离散时间的抽样数据系统中节奏同步的运动控制技术方案

用于在时间离散的抽样数据系统中节奏同步的运动导引方法和设备，尤其应用于机床和机器人的数字控制中，其中，轨道加速度的任意阶ｍ或位置的任意阶ｍ＋１的导数作为调节参数，此时，最好采用加速度或加速度变化，由抽样数据系统的ｎ＝ｍ＋１个时间离散的系统矩阵方程，在给定的初始条件和要求的状态矢量的情况下，确定用于运动导引的精确的控制数列，以及，根据所确定的控制数列的值，在抽样数据系统的时间分度中，在尤其按内插节奏数控机床和机器人的情况下改变调节参数。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

Motion control of rhythmic synchronization in discrete time sampled data systems

Method and apparatus for guidance in time discrete sampling data system synchronous movement, which is especially used in digital control machine tools and robots, and m any order or position of arbitrary order m orbital acceleration + 1 derivative as parameters, the best use of acceleration and acceleration change, system matrix equation M1 time discrete sampling data system by n = in the state vector, given initial conditions and requirements of the situation, determined to control the sequence, accurate motion guidance and control, according to the number of column values determined in time, indexing of sampled data systems, especially in adjusting the parameters according to the the interpolation rhythm of CNC machine tools and robots case.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在时间离散的抽样数据系统中节奏同步的运动导引方法和与之相关的设备，尤其应用在机床和机器人的数字控制中。在例如数字控制机床和机器人的时间离散的抽样数据系统中，用于运动导引的调节参数，对于机床和机器人在内插节奏中的数字控制，通常只能在控制的固定时间分度中改变。但是迄今尚未具有一种准确的解决办法，用于对这种时间离散的抽样数据系统进行时间优化和节奏同步的运动导引。由于这一原因，目前有一些不同的设想，它们以不同的方式和方法来解决上述问题。在DE4107514A1介绍了时间离散的调节回路的结构，借助于该调节回路的调节可驶向目标。然而这种方法只能在这种情况下得到满意的实际应用，即，时间分度相对于控制的瞬态特性较小(所谓准连续特性)，目前通常在升降机、提升罐笼和铁路中使用取得成果。当然在数控机床的使用领域中存在着这种情况，即，加速度变化阶段和加速度阶段处于内插节奏的数量级，亦即时间分度的数量级中，所以不存在准连续特性，所以这一方法对于这种使用情况是绝不能采用的。所以它不能普遍有效地应用。在学位论文“工业机器人的轨道设计和导引(Bahnplanung andBahnfuehrung von Industrierobotern)”J.Olomski，Braunschweig，Wiesbaden，Vieweg，1989年，自动化进展卷4，第42至53页中，介绍了一种时间连续系统最佳调节参数变化的计算，和连续的时间点通过离散时间分度的近似计算法。因为在这里调节参数的变化独立于内插节拍分度来确定，所以在加速度剖面中产生阶跃，在带瞬时预调整的控制中这会增加要投入使用的机械的负荷。在题为“位置或轨迹的数控方法(Verfahren zur numerischen Positions-oder Bahnsteuerung)”的欧洲专利文件EP-0419706B1中，介绍了加速度导引的运动剖面的精确计算，其中考虑了时间的离散化。此外限制加速度的变化，其中加速度值通过形成平均值加以过滤。然而，由于在这里的加速度变化不是因果关系，而仅仅是由加速度值间接预先给定的，所以在计算制动距离时产生了困难。为了能简便地计算制动距离，各个数据组起始的运动剖面必须预先已知。但这却带来了缺点，即这种做法与所要求的联机-超控的变化是矛盾的。在题为“限制加速度变化的速度控制(RuckbegrenzteGeschwindigkeitsfuehrung)的欧洲专利申请EP-9411665.5中，建议通过在额定速度起动时和在到达目标制动时各引入一个附加的阶段，提供附加的自由度。在这种情况下，额定速度的起动几乎精确地实现，因为允许在此附加引入的阶段，可将加速度变化节奏非同步地改变为额定速度的过渡节奏。驶入目标位置同样几乎精确地达到，只要在制动开始的时刻，存在的加速度等于零。这一条件当然很少能满足，尤其在短距离行驶的情况下，所以在这里也必须通过离散的时间分度实现近似的连续时间点。在所有已描述的解决办法的设想中，因而没有可能使离散抽样数据系统的运动，精确地节奏同步和时间优化。因此本专利技术的目的是，提出一种用于在时间离散抽样数据系统中节奏同步的运动导引方法和与之有关的设备，使得对于时间离散的抽样数据系统，其中调节参数只能在控制的固定时间分度或内插节奏中变化，可以精确地节奏同步和时间优化地进行其运动导引。按本专利技术这一目的通过下列方法的步骤来达到1.1轨道速度的任意阶m或位置的任意阶m+1的导数作为调节参数，此时最好采用加速度或加速度的变化，1.2由扫描系统的n＝m+1个时间离散的系统矩阵方程，在给定初始条件和要求的状态矢量的情况下，确定用于运动导引的精确的控制数列，1.3根据所确定的控制数列值，在抽样数据系统的时间分度中，在尤其按内插节奏对机床和机器人进行数字控制的情况下改变调节参数。在按本专利技术方法的第一种有利设计中，利用所应用的系统矩阵方程组的数学特性，考虑到影响时间离散的抽样数据系统的因素，尤其是考虑到电驱动因素的动力学，将精确的节奏同步的运动导引进行优化。这一点通过下列另一个方法步骤达到2.1由此带来的附加自由度数用来满足补充准则，尤其通过平均调节参数能量的最小化，保护投入使用的机械。在按本专利技术方法的另一种有利的设计中，确定用于一种按预给额定速度行驶的运动导引的控制数列，它这样来考虑作为基础的时间离散抽样数据系统，尤其是一种电驱动装置的动力学功能，即，使运动导引能时间优化地进行。为此，这种预给额定速度的方法按下列方法步骤进行3.1只要最大允许加速度在后面的键控周期(Tastperiode)中没有被超出的危险，就用最大允许加速度变化建立加速度，以及，然后降低加速度变化，直至最大允许的加速度精确地达到下一个键控时刻，3.2以所达到的最大允许的加速度，朝着额定速度的方向加速，3.3与此同时不断地检查，在保持当前调节参数的情况下为下一个键控时刻预作准备的范围内，或在后面的键控时间点的间隔中，考虑到在留下的键控周期中预给的加速度可能性和加速度变化可能性的条件下，所达到的加速度能否降到零，3.4若对于至少一个预见的检查键控时间点不再是这种情况，则在上述的其中最早的那个键控时刻应通过尽可能负的加速度变化，在可能的话通过最大允许的负加速度变化，使加速度降低，从而使在预定时刻的额定速度在没有过调量的情况下达到。相应于上述的设计，在按本专利技术方法的另一项有利的改进中，在考虑了作为基础的时间离散的抽样数据系统的动力特性，尤其是电驱动装置的动力特性的情况下，可以用时间优化的方式方法确定制动到一种预定的目标状态下的控制数列。为此，制动到预定的目标状态的过程通过下列方法步骤实施4.1一个可能仍存在的正加速度，通过尽可能负的加速度变化，可能的话通过最大允许负的加速度变化降到零，4.2同样通过尽可能负的加速度变化，可能的话通过最大允许负的加速度变化，提高制动所需的负加速度，4.3假如此时达到了最大允许的负加速度，则通过此加速度变化值为0的负加速度进一步制动，4.4与此同时不断地检查，在保持当前调节参数的情况下为下一个键控时刻预作准备的范围内，或在后面的键控时间点的间隔中考虑到在剩余键控周期中预给的加速度可能性和加速度变化可能性的条件下，剩下的一段路程是否短于所要求的制动距离，4.5若至少一个预见的检查键控时间点是这种情况，则在上述的其中最早的那个键控时刻通过尽可能正的加速度变化，可能的话通过最大允许正的加速度变化来降低负的加速度并达到目标状态。在另一种可供选择的设计中，同样确定制动到一个预定的目标状态下的控制数列，其中，尽管现在限制加速度和加速度变化必须不偏离制动过程的时间优化曲线，仍能在任何时候充分利用时间连续的抽样数据系统，尤其是电驱动装置全部动力学可能性。为此，制动到预定目标状态下的过程按下列方法步骤进行5.1一个可能仍存在的正加速度，通过尽可能负的加速度变化，可能的话通过最大允许负的加速度变化降到零，5.2同样通过尽可能负的加速度变化，可能的话通过最大允许负的加速度变化来提高制动所需的负加速度，5.3与此同时不断地检查，在保持当前调节参数的情况下为下一个键控时刻预作准备的范围内，或在后面的键控时间点的间隔中考虑到在剩余的键控周期中预给的加速度可能性和加速度变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在时间离散的抽样数据系统中节奏同步的运动导引方法，尤其应用于机床和机器人的数字控制中，此方法有下列方法步骤： １．１轨道速度（Ｖ或Ｘ↓［２］）的任意阶ｍ或位置（Ｓ或Ｘ↓［１］）的任意阶ｍ＋１的导数作为调节参数（ｕ），此时，最好采用加速度（ａ或Ｘ↓［３］）或加速度的变化（ｒ或Ｘ↓［４］）， １．２由抽样数据系统的ｎ＝ｍ＋１个时间离散的系统矩阵方程，在给定初始条件＊和要求的状态矢量＊的情况下，确定用于运动导引的精确的控制数列＊， １．３根据所确定的控制数列＊的值，在抽样数据系统的时间分度（Ｋ↑［＊］Ｔ）中，在尤其按内插节奏对机床和机器人进行数字控制的情况下改变调节参数（ｕ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔夫冈帕皮尔尼克，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]