高速嵌入式数控系统速度前瞻控制算法的研究

为了实现嵌入式数控系统对微小轨迹的高速加工,避免数控设备频繁加减速产生的冲击,提出了一种高速数控加工中根据小线段标志判别前瞻分界点,自动调整前瞻段数的加减速控制前瞻算法,有效简化了连接点衔接速度的计算方法。首先分析了相邻轨迹加工路径衔接速度限制条件,提出了小线段判别条件和自适应前瞻段数的确定方法,然后通过对样条曲线加工代码的30个轨迹点进行仿真实验,结果表明该算法显著缩短了加工时间,速度变化平稳。     

一种优化轨迹段间衔接速度的自适应前瞻控制

为实现数控系统中轨迹段的高速高精加工,提出一种优化轨迹段间衔接速度的自适应前瞻控制算法。在传统轨迹段间速度衔接模型的基础上,该前瞻算法增加了非对称S曲线加减速控制的轨迹长度约束,并根据相邻两段轨迹的长度变化,自适应规划出轨迹段间的最优衔接速度。通过自主开发的x-y数控系统平台进行验证,综合加工性能试验的加工精度可以达到?0.6 mm,加工效率提高9.8%。结果表明所提出的自适应前瞻算法可避免回溯计算转接点速度时计算量显著增加这一问题,并在加工过程中减少大量微小轨迹段的进给轴频繁启停,从而使相邻轨迹段间衔接速度平滑性、加工效率和加工精度方面相对于传统前瞻算法都有明显提高。     

面向曲线加工的精确加减速控制

数控系统加工曲线轨迹的实质是以连续的直线段逼近曲线轨迹,所以加工轨迹的实际长度不等于曲线轨迹的理论长度。针对此问题,提出了一种利用二分法的基本思想求解加工轨迹的实际长度,从而实现精确加减速控制的算法。仿真结果表明:采用所提算法能够实现插补终点与曲线轨迹终点重合,并且能够实现理论加减速曲线与实际加减速曲线一致,从而有利于保证加工质量和机床的动态性能。     

发动机连杆裂解槽激光加工机床的加减速前瞻控制

为了提高发动机连杆裂解槽激光加工机床的加工效率,提出了一种对机床数控系统的加减速进行前瞻控制与S型曲线加减速相结合的方法.将高档数控系统常用的S型曲线加减速算法原有的七段过程简化为五段,将前瞻控制理论应用到S型曲线加减速算法中,在速度突变前提前规划速度,将这五段曲线中的位移、速度和加速度从连续量转变成离散的、周期变化的...     

数字卷积加减速控制算法研究

数控系统的加减速控制是其关键技术之一。提出了一种新颖的基于数字卷积的加减速控制算法,可使数控系统在加工过程中实现平滑连续的运动,保持加速度连续变化,避免急速的运动带来的机构磨损、系统冲击、共振等问题,保证加工精度。推导了连续数字卷积规划方法的数学表达式,并给出了算法的具体实现步骤,实验结果证明了算法的有效性及实用性。相比于传统的S曲线加减速规划,该算法的计算效率大为提高。     

三次多项式加减速算法的应用研究

为减少加工过程中速度突变对加工精度和效率的影响,数控系统应具有速度控制的功能。采用三次多项式加减速控制方法,并结合时间分割法插补原理,给出了直线段、圆弧段以及两者间的过渡轨迹的详细加减速控制算法,并提供了微小线段的加减速控制策略。文中提及的算法应用在笔者参与研发的桌面型开放式数控车床上,可以保证进给速度的柔性变化,从而验证了算法的可行性。     

正矢曲线加减速加加加速度连续算法研究

针对传统的加减速算法如S型曲线加加速度不连续、正弦型曲线加加加速度(snap)不连续导致进给过程中存在柔性冲击等问题,提出snap连续的全类型非对称七段式正矢曲线加减速控制算法。通过利用系统最优机械性能,分析最大加、减速度和最大速度的可达性,规划17种速度曲线类型;针对给定轨迹段长度小于系统从起点速度运动到终点速度所需最短轨迹段长的问题,给出该算法下基于给定轨迹段长约束的起点速度和终点速度的可达性校验方法,同时采用盛金公式修正起点速度和终点速度。在自主开发的多轴运动控制器验证所提出的snap连续的全类型非对称七段式正矢曲线加减速控制算法。实验结果表明:在保证snap连续以提高系统柔性及最大加、减速度和最大速度不超限情况下,该算法可规划出17种速度曲线类型;在给定轨迹段长度较短系统无法从起点速度运动到终点速度的情形下,该算法解决起点速度和终点速度的可达性校验及修正问题。     

基于新型柔性加减速控制算法的前瞻插补研究

为解决数控系统处理连续微线段时启停频繁以及插补过程中加速度突变等问题,通过建立圆弧过渡转接模型,根据转折点处的约束条件规划出过渡圆弧处的最优衔接速度,基于新型柔性加减速控制算法对多轨迹段进行速度前瞻规划。经过实验验证,该前瞻插补算法输出的轨迹误差不超过系统给定的最大值,且速度和加速度曲线连续平滑,在满足加工要求的同时能最大限度地提高加工效率,达到了实验最初设计目的。     

数控系统S曲线加减速规划研究

在当前数控加工中为防止机床在启停时存在振荡或冲击问题,需要进一步提高加工精度、效率,进而提出了数控系统s曲线加减速规划法,能够结合轨迹段特点,归纳规划中存在的s曲线加减速方式,并结合不同的方式,采用迭代法或解析法给出具体数学模型和仿真分析结果。     

全类型非对称七段式S型曲线加减速控制算法研究

为减小运动控制系统在启动、停止、加速和减速运动阶段的振动和冲击,提出全类型非对称七段式S型曲线加减速控制算法。通过分析最大加速度、最大减速度和最大速度的可达性,规划出17种速度曲线类型;考虑在给定轨迹段长约束下,保证系统能够从起点速度运动到终点速度,提出基于给定轨迹段长约束的起点速度和终点速度可达性校验;在给定轨迹段长度小于系统从起点速度运动到终点速度所需最短轨迹段长的情况下,采用盛金公式修正起点速度和终点速度,推导并优化S型曲线加减速控制算法流程。在自主开发多轴运动控制器卡上,验证所提出的全类型非对称七段式S型曲线加减速控制算法。实验结果表明:在保证最大加速度、最大减速度和最大速度不超限情况下,该算法可规划出17种速度曲线类型;在给定轨迹段长度较短系统无法从起点速度运动到终点速度的情形下,该算法解决了起点速度和终点速度的可达性校验及修正问题。     

伺服压力机柔性加减速控制算法

针对正弦函数加减速算法在运行过程中存在加加速度突变,容易对传动系统产生柔性冲击的问题,提出了一种伺服压力机改进型柔性加减速控制算法,采用余弦函数作为伺服电动机加减速构造函数,推导出伺服电动机位移、速度、加速度和加加速度数学表达式,并详细分析其加减速模式。为该算法在伺服压力机加工工艺曲线设计中的应用奠定理论基础。     

一种加加速度连续的加减速算法研究

为了对数控运动的高平稳加减速控制,通过分析比较传统加减速的特点,设计了一种加加速度连续的新型高平稳加减速算法。为发挥正弦加减速的高平稳优势,采用切比雪夫多项式逼近正弦函数,构造连续的加加速度方程,得到完整的加减速控制算法,具有加加速度连续的特点,运动平稳性优于S形加减速,计算复杂度优于正弦加减速。给出该算法与正弦加减速的对比仿真曲线以及不同参数条件下的加减速控制仿真曲线,经验证表明该算法可以在不同参数条件下实现平滑运动控制,并且计算简单、加减速效率更高,具有良好的实用性。     

高质量加工中四次多项式速度规划算法研究

通过分析数控机床加工时常用的速度规划算法,针对加工过程中由于加速/减速时速度不平滑、加速度及加加速度突变导致数控机床振动的问题,提出一种四次多项式加减速控制方法,并给出了四次速度方程的详细推导步骤,然后介绍了基于四次多项速度规划的参数曲线插补方法。该方法能保证数控机床在高速加工过程中的速度、加速度及加加速度实现连续变化,缓解高速加工产生的过冲。仿真实验表明,四次多项式速度规划算法能够使机床实现柔性加减速控制,从而满足高质量加工的要求。     

NURBS曲线实时插补进给速度控制的研究

数控技术标志着现代制造业的核心,数控插补模块是数控技术中最为重要的模块之一。NURBS曲线是自由曲线的一种,由于其NURBS曲线的诸多优越性,使其能够很好的应用到数控领域中。NURBS曲线插补及加减速控制的精度和速度是CNC系统的重要指标。通过分析NURBS曲线的插补原理,提出了基于Taylor展开公式逼近NURBS样条参数。同时考虑速度波动于曲率的关系,弦误差与插补周期的关系,根据弓高误差调节进给速度,能够将进给速度波动控制在理想水平。     

基于de Boor算法的NURBS曲线插补和自适应速度控制研究

以NURBS曲线deBoor递推插补算法为基础，针对NURBS曲线速度处理的特殊性，建立了一种NURBS曲线自适应速度控制模型，该模型分为速度自适应控制和插补前加减速处理两部分。以deBoor算法为基础对整个插补周期的弓高误差以及切向和法向加速度进行实时监控，分析了误差产生的原因并进行了相应的速度控制；以插补前直线加减速为例引入NURBS反向插补的概念，解决了NURBS曲线减速区长度计算问题。实验结果表明，该模型满足实际的NURBS曲线插补的需要。     

基于牛顿迭代法的S形加减速时间算法研究

S形加减速控制涉及求解多元高次方程或者不等式,且要求求解出来的最终解是非负数,为此根据时间最优原则和速度、加速度的限制条件,把S形加减速控制中所涉及的五元非线性方程组分解为2个二元非线性方程组和1个一元线性方程。采用牛顿迭代法和迭代修正的方式逐步求解出符合要求的加减速时间,进而求出速度曲线,进行插补运算。仿真与实验结果证明,该算法简明高效、运行稳定,能够满足高速高精数控要求。     

嵌入式运动控制系统中前瞻控制技术的研究

传统的嵌入式运动控制系统中前瞻控制技术的应用存在实时性差、系统资源开销大,以及整体规划灵活性差的问题。为此,提出了基于PC加嵌入式系统的运动控制模式,通过PC图形化编程界面来完成加工路径整体速度规划和路径的加减速控制工作,并将前瞻控制的结果通过通信协议的扩充对每条加工路径起始和终止位置的加减速进行定义,嵌入式运动控制系统仅需按定义的内容来顺序执行每条加工指令,有效地克服了系统中存在的问题。     

NURBS曲线S形加减速双向寻优插补算法研究

由于非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-splines,NURBS)曲线的弧长与参数之间无精确解析关系,并且进给速度总是受到非线性变化的曲线曲率的约束,因此基于S形加减速进行NURBS曲线插补时,减速点难以准确预测。传统算法通常是沿曲线单方向插补,不仅未考虑曲率对进给速度的持续限制,而且加减速分类与计算公式复杂。为此,提出运动路程未知情况下不依赖于弧长精确计算的正向和反向同步加速的插补新算法,实时动态地求解曲线段内最大进给速度和正反向插补会合点,从而实现处处满足全部速度约束条件的最优插补。该算法无需求解高次方程与繁琐的加减速模式分类,并可保证以确定的速度通过曲率极值点和曲线终点。通过两个插补实例证明算法简明高效,适应性好,能够满足高速高精度数控要求。     

LOOK-AHEAD ALGORITHM FOR VELOCITY CONTROL BASED ON PARAMETERIZED CURVE INTERPOLATOR

To avoid suffering gouge and transient overshooting in high speed cutting machining, a novel parametefized curve interpolator model with velocity look-ahead algorithm is proposed. Based on a prearrangement step interpolation algorithm for parameterized curves and considering high curvature points, parameterized curve tool path is divided into acceleration segments and deceleration segments by look-ahead algorithm. Under condition of characteristics of acceleration and deceleration stored in control system, deceleration before high curvature points and acceleration after high curvature points are realized in real-time in high speed cutting machining. Based on new parameterized curve interpolator model with velocity look-ahead algorithm, a real cubic spline is machined simulativly. The simulation results show that velocity look-ahead algorithm improves velocity changing more smoothly.