專利名稱：一種數(shù)控系統(tǒng)中加減速過渡平滑控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)控制加減速控制算法，尤其是一種采用插補(bǔ)周期內(nèi)部硬件二次加減速算法的數(shù)控系統(tǒng)中加減速過渡平滑控制方法。
背景技術(shù)：
加減速控制是CNC系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，它與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能緊密相關(guān)，加減速過渡過程平滑與否直接影響工件的加工精度及其表面質(zhì)量。尤其對(duì)于工件上的復(fù)雜曲面，通常都是由CAD/CAM軟件采用直線段逼近產(chǎn)生，因此會(huì)在加工程序中包含大量的小直線段， 線段之間相互銜接時(shí)系統(tǒng)就不可避免地進(jìn)行頻繁加減速。因此好的加減速算法不僅可以減小系統(tǒng)在加減速過程中的振動(dòng)，還能縮短加減速時(shí)間提高生產(chǎn)效率。如今的數(shù)控系統(tǒng)中普遍采用軟件加減速方式首先使用特定的多項(xiàng)式來(lái)生成加減速文件，然后周期性地把生成的速度或位置信息下發(fā)到控制器中實(shí)現(xiàn)加減速控制。軟件加減速具有很好的靈活性，可以相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)直線、指數(shù)或者S曲線加減速。實(shí)驗(yàn)證明，所選用的多項(xiàng)式階數(shù)越高所生成的速度曲線就越趨于平滑，系統(tǒng)運(yùn)行也越平穩(wěn)。而代價(jià)則是計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)越大，運(yùn)算所占用的軟硬件資源也越多。為實(shí)現(xiàn)加減速過程平滑高效地過渡，很多人做了大量的研究工作。但是到目前為止絕大多數(shù)的加減速算法仍是以插補(bǔ)周期為基本的控制單位，而更小時(shí)間尺度上的加減速控制卻極少有研究涉及，這難以滿足諸如高速高精加工等一些對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求高的場(chǎng)合。以插補(bǔ)周期為加減速控制的基本時(shí)間單位，雖然在理論上速度曲線是平滑的，但實(shí)際速度是一個(gè)階躍信號(hào)，它在插補(bǔ)周期內(nèi)部是恒定的，在下一個(gè)插補(bǔ)周期到來(lái)的時(shí)候會(huì)從ν突然增加到v+aT，其中，ν為速度，a為加速度，T為差補(bǔ)周期，如

圖1所示。此時(shí)如果加速度比較大的話就容易引起機(jī)械振動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種數(shù)控系統(tǒng)中加減速過渡平滑控制方法，它在加減速過程中，通過預(yù)先計(jì)算好的一系列參數(shù)在插補(bǔ)周期內(nèi)部實(shí)現(xiàn)更小時(shí)間尺度上的加減速控制。根據(jù)不同的控制要求，控制周期在理論上可以達(dá)到微秒級(jí)，遠(yuǎn)小于目前伺服電機(jī)電流環(huán)控制周期。實(shí)際使用中可采用百微秒的加減速周期來(lái)實(shí)現(xiàn)加減速曲線的二次平滑，以此減小相鄰插補(bǔ)周期之間因速度突變而引起的機(jī)械振動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種數(shù)控系統(tǒng)中加減速過渡平滑控制方法，它的步驟為1)根據(jù)已知的指令速度V，加速度a，差補(bǔ)周期T，系統(tǒng)脈沖當(dāng)量ρ和控制器系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f，計(jì)算當(dāng)前插補(bǔ)周期T的脈沖個(gè)數(shù)Iii,以及本插補(bǔ)周期起點(diǎn)和終點(diǎn)速度v-1/^aT、 v+l/2aT所對(duì)應(yīng)的脈沖寬度Bmax、Bfflin ；2)以插補(bǔ)周期內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)和平均速度不變?yōu)樵瓌t，構(gòu)建兩個(gè)等差數(shù)列， 讓系統(tǒng)的輸出脈沖寬度在插補(bǔ)周期內(nèi)分別按照兩組等差數(shù)列從Bmax遞減到Bm，再?gòu)腂m遞減至Bmin，計(jì)算兩個(gè)等差數(shù)列的轉(zhuǎn)折點(diǎn)k，并圓整為整數(shù)；3)由插補(bǔ)周期開始時(shí)的脈沖寬度Bmax、平均脈寬Bm和轉(zhuǎn)折點(diǎn)k值計(jì)算第一個(gè)等差數(shù)列的等差值Hl1 ；4)根據(jù)輸出脈沖前k次翻轉(zhuǎn)等差值HI1的累積和反求第二個(gè)等數(shù)列的等差值叫；5)插補(bǔ)周期開始的時(shí)刻加載計(jì)算好的Bmax、mi、m2、k、η各項(xiàng)參數(shù)，并按照設(shè)定的方式改變輸出脈沖的寬度；減速過程與加速過程相反，是一個(gè)脈沖寬度在插補(bǔ)周期內(nèi)部從小變大的過程；從而實(shí)現(xiàn)周期內(nèi)二次加減速算法，在保證當(dāng)前插補(bǔ)周期內(nèi)平均速度為指令速度ν的前提下，讓速度在插補(bǔ)周期內(nèi)從v_l/2aT逐步加速到v+1/^aT，從而把相鄰插補(bǔ)周期的速度曲線平滑地連接起來(lái)，以此來(lái)減小加減速過程中插補(bǔ)周期銜接時(shí)因速度突變引起的機(jī)械振動(dòng)。所述步驟1)中，根據(jù)當(dāng)前指令速度Vi,加速度a，計(jì)算出本周期脈沖個(gè)數(shù)Iii,
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控系統(tǒng)中加減速過渡平滑控制方法，其特征是，它的步驟為1)根據(jù)已知的指令速度V，加速度a，差補(bǔ)周期T，系統(tǒng)脈沖當(dāng)量P和控制器系統(tǒng)時(shí)鐘頻率f，計(jì)算當(dāng)前插補(bǔ)周期T的脈沖個(gè)數(shù)n，以及本插補(bǔ)周期起點(diǎn)和終點(diǎn)速度V-l/2aT、V+l/2aT 所對(duì)應(yīng)的脈沖寬度Bmax、Bmin;2)以插補(bǔ)周期內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)和平均速度不變?yōu)樵瓌t，構(gòu)建兩個(gè)等差數(shù)列，讓系統(tǒng)的輸出脈沖的寬度在插補(bǔ)周期內(nèi)分別按照兩組等差數(shù)列從Bmax遞減到Bm，再?gòu)腂m遞減至 Bmin，計(jì)算兩個(gè)等差數(shù)列的轉(zhuǎn)折點(diǎn)k，并圓整為整數(shù)；3)由插補(bǔ)周期開始時(shí)的脈沖寬度Bmax、平均脈寬Bm和轉(zhuǎn)折點(diǎn)k值計(jì)算第一個(gè)等差數(shù)列的等差值Hl1 ；4)根據(jù)輸出脈沖前k次翻轉(zhuǎn)等差值Hl1的累積和反求第二個(gè)等數(shù)列的等差值叫；5)插補(bǔ)周期開始的時(shí)刻加載計(jì)算好的Bmax、Hi1,m2、k、η等各項(xiàng)參數(shù)，并按照設(shè)定的方式改變輸出脈沖的寬度；減速過程與加速過程相反，是一個(gè)脈沖寬度在插補(bǔ)周期內(nèi)部從小變大的過程；從而實(shí)現(xiàn)周期內(nèi)二次加減速算法，在保證當(dāng)前插補(bǔ)周期內(nèi)平均速度為指令速度 ν的前提下，讓速度在插補(bǔ)周期內(nèi)從v_l/2aT逐步加速到ν+Ι/ΜΤ，從而把相鄰插補(bǔ)周期的速度曲線平滑地連接起來(lái)，以此來(lái)減小加減速過程中插補(bǔ)周期銜接時(shí)因速度突變引起的機(jī)械振動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控系統(tǒng)中加減速過渡平滑控制方法，其特征是，所述步驟1) 中，當(dāng)前指令速度Vi，加速度a，計(jì)算出本周期脈沖個(gè)數(shù)ni，
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控系統(tǒng)中加減速過渡平滑控制方法，其特征是，所述步驟2) 中，為保證每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的所有脈沖寬度之和始終為fXT，偏離在Bm在兩側(cè)的脈沖寬度之和必須相等；由此獲得兩組等差數(shù)列的轉(zhuǎn)折點(diǎn)k，
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控系統(tǒng)中加減速過渡平滑控制方法，其特征是，所述步驟3) 中，第一個(gè)等差序列的等差值Hl1，
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控系統(tǒng)中加減速過渡平滑控制方法，其特征是，所述步驟4) 中，根據(jù)前k次翻轉(zhuǎn)脈寬變化等差值Hi1的累積和反求第二組序列的等差值m2，以此來(lái)保證整個(gè)周期內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)不變 k(B —B )
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)控系統(tǒng)中加減速過渡平滑控制方法，它的步驟為1)計(jì)算當(dāng)前插補(bǔ)周期T的脈沖個(gè)數(shù)n，以及本插補(bǔ)周期起點(diǎn)和終點(diǎn)速度v-1/2aT、v+1/2aT所對(duì)應(yīng)的脈沖寬度Bmax、Bmin；2)以插補(bǔ)周期內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)和平均速度不變?yōu)樵瓌t，構(gòu)建兩個(gè)等差數(shù)列，計(jì)算兩個(gè)等差數(shù)列的轉(zhuǎn)折點(diǎn)k，并圓整為整數(shù)；3)由插補(bǔ)周期開始時(shí)的脈沖寬度Bmax、平均脈寬Bm和轉(zhuǎn)折點(diǎn)k值計(jì)算第一個(gè)等差數(shù)列的等差值m1；4)根據(jù)輸出脈沖前k次翻轉(zhuǎn)等差值m1的累積和反求第二個(gè)等數(shù)列的等差值m2；5)插補(bǔ)周期開始的時(shí)刻加載計(jì)算好的Bmax、m1、m2、k、n等各項(xiàng)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)周期內(nèi)二次加減速算法。
文檔編號(hào)G05B19/4103GK102298359SQ20111016425
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月18日
發(fā)明者姬帥, 張承瑞 申請(qǐng)人:山東大學(xué)