高速加工中速度前瞻控制新算法研究

为了避免在高速加工中高曲率轮廓导致的工件过切和机床的异常振动，提出了一种实时的速度前瞻软件控制新算法.该算法基于S型加减速方案，通过采用三次样条曲线拟合对离散加工路径的分析发现高曲率点，根据加减速特性预估高曲率点处的最优速度，最后对加工路径施加相应的运动学曲线规划，实现了加工速度自适应于加工路径的变化.应用该算法使得加工速度变化平稳，较之传统控制方法大大提高了加工效率.     

基于轴向自适应的曲线插补算法

高速加工中各运动轴上的动力学状态将直接影响机床运行的平稳性和工件尺寸精度,而传统的自由曲线插补算法没有很好地考虑插补运动在各轴上的影响.为此提出一种新的非均匀有理B样条(NURBS)曲线插补算法(ALANI).该算法在保证插补轮廓精度的基础上,将各轴上的加速度分量严格控制在相应轴伺服系统加速能力范围内,同时控制加加速度分量,以保证在加工中的任意时刻不会出现过大冲击和振动.通过运动学定性分析,设计一种稳定的插补策略修正算法,对曲线状况进行前瞻计算,在发现危险点后灵活、高效地追溯原数据,并对速度曲线进行修正.与同类算法的仿真对比实验表明,该算法能够获得更好的加工特性.     

基于预估-校正公式的参数曲线插补算法

为减小插补输出速度的波动,提出基于预估 校正公式的参数曲线插补算法.该算法包括插补预处理和实时插补两部分.插补预处理采用S曲线加减速算法规划插补速度,得出插补速度与时间关系.实时插补用Akima插值法计算插补速度,用五阶龙格 库塔法计算参数的初值,用五阶预估 校正公式计算下一插补参数.对比研究了提出的算法与基于泰勒级数展开插补算法对同一条参数曲线的插补效果,结果表明,与基于泰勒级数展开算法相比,在数控加工中,提出的算法可减小插补输出速度波动,提高机床运动的平稳性,提高加工精度.     

适于高速加工的五次参数样条曲线插补及其速度生成算法的研究

为适应高速高精加工,针对传统插补算法和速度控制方式在进给过程中存在柔性冲击的问题,提出了一种五次参数样条曲线插补方法及其速度生成算法.该算法采用二阶连续可导的五次样条和近弧长样条参数提高了进给运动的连续性;速度控制算法保证机床在高速运行过程中加加速度(加速度的变化率)的二次连续、加速度、速度和位移与时间关系的高阶连续变化,并且保证在各自的约束范围内,从而使机床的运动平稳,避免产生大的冲击和振动,同时有利于提高加工质量,减少加工时间.通过仿真验证,表明了这种算法能有效地保证高速加工机床运行过程中进给速度的连续性和运动轮廓的平滑性.     

ARM运动控制平台下高精度高速插补算法的研究

采用ARM嵌入式微处理器,结合MCX314运动控制芯片,构建成可独立运行的嵌入式运动系统。运用了型值点S型曲线加减速前瞻控制算法,根据加工路径的型值点的实际情况,确定每一型值点处的最大衔接速度,采用S型曲线加减速控制,实现各路径段之间进给速度的快速衔接,从而达到高速高精的运动控制目的。     

非均匀有理B样条曲线的高精度低速度波动插补算法

为提高非均匀有理B样条曲线的插补精度,降低插补速度波动率,提出一种基于改进S型速度规划及Steffensen型参数计算的插补算法.通过自适应插补得到曲线分段信息,根据曲率信息自适应调整最大加加速度并进行速度精确控制,改进了传统S型速度规划算法,使得插补处处满足误差约束。采用正反向插补精确确定减速点,并利用带参数Steffensen型方法计算曲线插补参数,避免求导运算,增强插补实时性,有效控制速度波动率.实验结果表明,相对于其他算法,该算法具有更高的插补精度、更低的速度波动率,是高效可行的.     

三次多项式型段内加减速控制新方法

传统的加减速控制方法由于加速度的不连续性,易使机床产生冲击,影响零件加工质量和机床使用寿命.为此提出了一种三次多项式加减速控制模型.针对任意路径段在插补前加减速过程中需要预测减速点的问题,进一步提出了段内加减速控制新方法,实现了对实际减速点的确定.针对理论减速点与实际减速点不重合而导致当减速阶段结束时仍存在低速运行段的问题,实现了对减速点的误差补偿.仿真和试验结果表明,提出的方法能够实现在加工过程中实际减速点的动态、智能化判断,并能够在较高速度下补偿减速点误差,消除了低速运行时间,提高了加工效率     

基于PIC单片机+MCX314的四轴伺服控制器设计

随着机电行业对产品加工精度和生产效率要求的提高,现有的运动控制系统已难以满足生产需求.针对这一困境,以PIC24FJ256DA210为主控制芯片,以NOVA电子有限公司研制的MCX314AL为数字信号处理芯片,设计了一种四轴伺服控制器.该运动控制器可以实现2/3轴插补、圆弧插补、直线加减速、S曲线加减速、外部脉冲驱动、...     

基于STM32的步进电机加减速优化算法

为了优化步进电机的控制方式,对其加减速曲线的控制性能进行了研究。通过分析步进电机的匀加速运动以及变加速运动在升降频曲线中存在的不足,应用STM32提出了一种能够保证步进电机在升降频阶段稳定工作的算法,与典型的匀加减速曲线算法、指数型加减速曲线算法进行了仿真比较分析,最后结合实际应用对该算法进行了优化。仿真以及实验结果表明:使用本文中拟合的Sigmoid函数,其占用少量的内存空间,可以根据当前情况进行调整,加减速的灵活性强。该方法具有与Sigmoid函数平滑性相关的功能,应用简单,易于后期的维护。     

基于阿当姆斯算法的NURBS曲线插补

为增强高速精密数控加工的能力,提出了一种基于阿当姆斯算法的NURBS曲线插补方法。该方法通过前向、后向差分结合代替微分的方法,对阿当姆斯法求解微分方程的插值算法进行了合理的简化及近似,并通过预估-校正方法对迭代精度进行控制,以保证高速精密加工对计算速度以及精度的要求。经过MATLAB对插补轨迹仿真分析,证明了该插补算法的可行性及有效性。     

NURBS及Hermite混合高速加工插补算法

在考虑工件轮廓的几何特点对加工效率与加工平稳性带来的影响的基础上,提出直线、NURBS及Hermite曲线混合高速加工插补算法.该算法在满足插补精度的基础上,对工件轮廓的线段长度、相邻线段夹角等几何参数进行定量分析,筛选出满足条件的部分进行NURBS曲线拟合.对存在尖角的曲线段间采用三次Hermite曲线进行衔接,改善了加工轮廓的光滑性.在满足最大弓高误差及最大加速度的要求下对直线段、NURBS曲线以及Hermite曲线进行混合插补,从而实现任意轮廓高速高质量的数控加工.对比分析和加工实验表明,采用该算法能够提高轮廓的连续性,有利于改善加工效率和加工平稳性.     

基于时间冲击最优的TBM换刀机器人轨迹规划

为了提高隧道掘进机(TBM)换刀机器人的工作效率,减小换刀过程中的运动冲击,提出基于改进型粒子群优化(PSO)算法的轨迹优化方法.采用位姿分离法与关节变量最小策略,对冗余关节机器人进行运动学分析.利用所求的逆解,将目标轨迹由笛卡尔空间映射到关节空间.针对每个关节使用5次NURBS曲线构造冲击连续的关节轨迹,以时间冲击最优构造目标函数,采用改进型PSO算法求解出最优时间序列,完成对轨迹的优化.通过对特定的换刀任务进行轨迹规划,得到各关节的优化轨迹.优化结果表明,提出的轨迹规划方法可以为换刀机器人各关节提供理想的轨迹,具有较强的轨迹跟踪能力.利用5次NURBS插值法与改进型PSO优化算法,可以保证轨迹的时间最短与冲击最小,提高了运行的效率与平稳性.     

数控加工中NURBS曲线的小线段离散方法

针对将NURBS曲线离散成连续小线段轨迹问题,提出局部等弦长、等弦差、偏转角可控的离散算法.分别对等弦长、等弦差离散算法进行仿真,验证这两种算法的优缺点;结合弦长、弦差和偏转角之间的耦合关系,提出对NURBS曲线进行区域分割,实现离散后的小线段轨迹局部等弦长、等弦差,轨迹相对光顺.利用平面光栅进行实验验证,实验结果表明:利用该算法,离散后的小线段轨迹可以很好地逼近原NURBS曲线,并且保证轨迹相对光顺.     

超精密加工中NURBS曲面的保形插值算法

研究了适用于超精密加工的插补算法及曲面保形插值算法.在分析研究三次NURBS曲线性质基础上,提出了一种不需要反算控制顶点NURBS插值算法,采用Matlab7.0软件对该算法进行仿真.结果表明,得到的曲线具有保凸性、保形性等性质,并且曲线的修改具有局部性质,在曲线段的连接点处具有C~2连续性质.这对实现平滑稳定的高速、高精度加工具有重要意义.     

基于非均匀有理B样条的压电陶瓷非线性校正

针对压电陶瓷的非线性迟滞特性限制两级进给式大行程精密定位系统定位精度提高的问题,利用非均匀有理B样条(NURBS)快速插补算法对迟滞特性进行补偿.在通过MATLAB软件实现NURBS插补算法的过程中,将NURBS插补算法与线性插值算法进行仿真和比较.结果表明,NURBS插补算法的误差明显小于线性插值算法的误差,验证了利用NURBS插补算法解决压电陶瓷非线性的正确性、可行性和实用性,解决了压电陶瓷非线性迟滞特性曲线模型建立的问题,且在精密工作台满足速度要求的前提下可实现更高的定位精度.     

基于模糊推理的NURBS曲线直接插补进给速度确定方法

为了提高复杂自由曲线数控加工的效率和精度,采用NURBS曲线拟合加工曲线,建立其曲率半径计算数学模型,针对自由曲线曲率半径变化范围大的特点,提出一种冗余误差控制NURBS曲线插补算法与模糊推理运算相结合的进给速度确定新方法.经MATLAB环境下进给速度插补过程仿真,并与冗余误差控制进给速度插补算法、弓高误差控制自动调节速度插补算法比较,结果表明:该方法可根据自由曲线的曲率半径及其变化率值经模糊推理方法确定出合适的进给速度以提高加工效率,并能使弓高误差不超出最大允许值以保证加工插补精度.     

NURBS曲线在数控加工领域中的应用与研究

通过研究权因子对NURBS曲线形状的影响,总结了NURBS方法在数控加工中的优缺点。利用NURBS曲线的方法可有效的构建自由空间曲线的模型,较好地逼近加工曲线。结果表明：NURBS曲线法算法简单、精度较高,为数控机床加工复杂曲线提供了一种实用方法。     

圆弧插补的半点最小偏差法

在数控轮廓加工中,圆弧插补被广泛的运用。针对圆弧插补算法的精度与效率问题,对比最小偏差用于圆弧插补时,存在着插补算法程序复杂且执行速度不高的缺点,提出使用半点最小偏差法来实现圆弧的插补,并讨论了四象限圆弧插补的统一编程问题,该算法简单,插补精度高,明显地提高了插补的效率。     

基于神经网络的NURBS曲线插补改进研究

本文介绍了NURBS曲线的插补特点,针对复杂曲线在NURBS曲线插补中求导误差大、计算复杂等问题,应用BP神经网络进行NURBS曲线插补方法的优化。然后通过实例验证,表明了使用该方法可以满足所要求的插补精度,而且由于插补前先进行了参数u的预估,插补速率得以提高。