伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于開放式伺服控制系統(tǒng)的伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法，屬于控制與制造【技術(shù)領(lǐng)域】。其依次包括：加工工藝曲線的幾何特性設(shè)計(jì)步驟；加工工藝曲線的離散步驟；加工工藝曲線的插補(bǔ)步驟；最優(yōu)化工藝曲線步驟；優(yōu)化數(shù)據(jù)的存儲步驟。本發(fā)明通過導(dǎo)引點(diǎn)逐點(diǎn)構(gòu)造符合精度控制要求的原始曲線片段，降低了導(dǎo)引點(diǎn)之間電機(jī)控制系統(tǒng)的信號處理量；各引導(dǎo)點(diǎn)間采用電機(jī)勻轉(zhuǎn)速條件下的滑塊行程曲線片段來擬合連接，即同類加工工藝曲線，通過調(diào)整速度控制點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)針對不同參數(shù)的曲線規(guī)劃，提高了加工工藝曲線規(guī)劃的工藝適應(yīng)性。
【專利說明】伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法，具體講是一種基于開放式伺服控制系統(tǒng)的伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法，屬于控制與制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]目前，針對伺服壓力機(jī)加工工藝曲線的軌跡規(guī)劃多采用高等曲線離散逼近的方法去實(shí)現(xiàn)。工藝曲線的幾何描述性和可微性以及其曲線規(guī)劃的可操作性是現(xiàn)有軌跡規(guī)劃方法的核心技術(shù)指標(biāo)。
[0003]基于高等曲線的軌跡規(guī)劃方法的基本思路就是，對于給定的曲線幾何參數(shù)特性，在關(guān)鍵控制點(diǎn)間通過調(diào)整高等曲線的擬合效果，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)曲線幾何連續(xù)性的要求。例如，基于NURBS等高等曲線的加工工藝曲線規(guī)劃方法，雖然規(guī)劃結(jié)果可以滿足所要求的曲線幾何特性限制，但可行性不高，對于伺服控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理和加減速性能均要求較高，幾何描述性不強(qiáng)。
[0004]伺服壓力機(jī)加工工藝曲線規(guī)劃的本質(zhì)就是對經(jīng)過關(guān)鍵位置控制點(diǎn)的曲線的擬合優(yōu)化問題。伺服壓力機(jī)對于伺服電機(jī)加減速能力的要求并不高，在滿足工作效率要求的條件下，更偏向于對于伺服電機(jī)的輸出扭矩提出更高的要求。因此，簡單、有效、可行，而又符合加工工藝曲線相關(guān)特性，并能綜合考慮伺服電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的軌跡規(guī)劃方法是伺服壓力機(jī)行業(yè)對于工藝曲線軌跡規(guī)劃提出的要求。
[0005]傳統(tǒng)的工藝 曲線規(guī)劃方法控制可行性差，軌跡描述復(fù)雜，多采用不可控的外部變量，對于控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理能力的依賴性強(qiáng)，加工工藝曲線的幾何結(jié)構(gòu)不確定，因此與之對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化數(shù)據(jù)模型也是不確定的，傳統(tǒng)規(guī)劃方法片面地將軌跡規(guī)劃問題歸結(jié)為一個(gè)純粹的幾何問題，追求規(guī)劃結(jié)果曲線的幾何連續(xù)性，導(dǎo)致軌跡規(guī)劃方案所對應(yīng)的電機(jī)速度控制方案控制可行性差和工藝適應(yīng)性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有軌跡規(guī)劃方案在工藝適應(yīng)性和可操作性相對較差的不足，提供一種能適應(yīng)不同驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、不同加工工藝要求的，具有良好的可行性和工藝適應(yīng)性的伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法，以建立基于不同優(yōu)化目標(biāo)條件下的伺服電機(jī)速度控制方案。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法，包括以下步驟:
I)、加工工藝曲線的幾何特性設(shè)計(jì)步驟:針對用戶數(shù)據(jù)，設(shè)定工作周期長度，得到關(guān)鍵位置控制點(diǎn)在一個(gè)工作周期內(nèi)的相對位置參數(shù)和相對時(shí)間參數(shù)；包括如下步驟:
101)、依據(jù)不同的加工模式，不同的滑塊行程次數(shù)，確定工作周期長度；
102)、依據(jù)理論加工工藝曲線幾何參數(shù)要求，在工作周期內(nèi)確定滑塊關(guān)鍵控制點(diǎn)對應(yīng)的相對位置參數(shù)； 103)、依據(jù)板材厚度參數(shù)確定滑塊關(guān)鍵位置控制點(diǎn)及輻射區(qū)域的形狀參數(shù)；
104)、依據(jù)成形要求數(shù)據(jù)，設(shè)定不同材料、不同工藝的關(guān)鍵位置控制點(diǎn)之間區(qū)域工藝曲線的幾何參數(shù)限制條件；
2)、加工工藝曲線的離散步驟:依據(jù)控制點(diǎn)對應(yīng)位置參數(shù)，在相鄰控制點(diǎn)間插補(bǔ)不同密度排布的引導(dǎo)點(diǎn)；包括以下步驟:
201)、依據(jù)設(shè)定的離散標(biāo)度，對引導(dǎo)點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定引導(dǎo)點(diǎn)的布置密度；
202)、依據(jù)工藝曲線幾何特性要求，確定引導(dǎo)點(diǎn)的位置及特征參數(shù)；
3)、加工工藝曲線的插補(bǔ)步驟:依據(jù)引導(dǎo)點(diǎn)時(shí)間位置順序，依次對相鄰引導(dǎo)點(diǎn)間插補(bǔ)原始曲線，原始曲線是指電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的條件下滑塊位移曲線；具體包括以下步驟:
301)、找到經(jīng)過相鄰兩個(gè)引導(dǎo)點(diǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定條件下的滑塊位移曲線的片段組合或電機(jī)在恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)條件下的運(yùn)動(dòng)曲線作為原始曲線；
302)、計(jì)算引導(dǎo)點(diǎn)擬合曲線與連接直線之間的坐標(biāo)誤差，與預(yù)先設(shè)定的誤差標(biāo)度對比，如果滿足坐標(biāo)誤差控制要求，則記錄原始曲線對應(yīng)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，不滿足要求舍棄并進(jìn)行下一步;
303)、記錄連接引導(dǎo)點(diǎn)的所有滿足精度要求的原始曲線組合及與之對應(yīng)的不同轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)組合；
304)、重復(fù)步驟301)至步驟303)，直到最后一個(gè)引導(dǎo)點(diǎn)；
4)、最優(yōu)化工藝曲線步驟:針對不同加工工藝需求，篩選轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)組合，選取適合不同要求的電機(jī)速度控制方案，實(shí)現(xiàn)對加工工藝曲線軌跡規(guī)劃；
5)、優(yōu)化數(shù)據(jù)的存儲步驟:記錄適應(yīng)不同要求的工藝曲線規(guī)劃所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)組合，對適應(yīng)不同工藝要求的轉(zhuǎn)速組合進(jìn)行記錄。
[0008]本發(fā)明中，所述步驟201)還包括以下步驟:
2011)、依據(jù)理論工藝曲線形狀特性，在曲線位置拐點(diǎn)處密化引導(dǎo)點(diǎn)的分布；
2012)、設(shè)定各引導(dǎo)點(diǎn)處擬合曲線的幾何特性變化范圍。
[0009]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明基于曲線的離散幾何機(jī)構(gòu)，通過導(dǎo)引點(diǎn)逐點(diǎn)構(gòu)造符合精度控制要求的原始曲線片段，降低了導(dǎo)引點(diǎn)之間電機(jī)控制系統(tǒng)的信號處理量；通過針對不同設(shè)計(jì)目標(biāo)對原始曲線片段進(jìn)行篩選，在滿足工藝曲線幾何特性要求的條件下，生成符合特定優(yōu)化目標(biāo)的加工工藝曲線，實(shí)現(xiàn)了基于不同優(yōu)化目標(biāo)條件下的軌跡規(guī)劃方案優(yōu)化選擇，從而可以根據(jù)用戶實(shí)際要求以及實(shí)際生產(chǎn)情況，對伺服電機(jī)的速度控制方案做出相應(yīng)的調(diào)整。各引導(dǎo)點(diǎn)間采用電機(jī)勻轉(zhuǎn)速條件下的滑塊行程曲線片段來擬合連接，即同類加工工藝曲線，通過調(diào)整速度控制點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)針對不同參數(shù)的曲線規(guī)劃，提高了加工工藝曲線規(guī)劃的工藝適應(yīng)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法流程圖:
圖2為本發(fā)明不同速度控制模式下電機(jī)的扭矩變化圖；
圖3為某加工工藝?yán)硐胄谐糖€與規(guī)劃行程曲線對比圖；
圖4為某加工工藝?yán)硐胨俣惹€與規(guī)劃速度曲線對比圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0012]在伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃流程中，滑塊在運(yùn)行過程中某些關(guān)鍵位置控制點(diǎn)的參數(shù)范圍、部分根據(jù)加工材料的相關(guān)特性以及伺服壓力機(jī)的加工模式等都可以通過用戶界面由用戶給定參數(shù)直接或間接推導(dǎo)而得，但其工藝曲線完整的幾何參數(shù)并不能完全由這些關(guān)鍵參數(shù)直接確定，即曲線的部分參數(shù)是不確定的，這樣通過調(diào)整關(guān)鍵位置控制點(diǎn)之間曲線的相關(guān)參數(shù)組合，就可以達(dá)到適應(yīng)不同目標(biāo)條件的工藝曲線的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法，用于實(shí)現(xiàn)各種伺服壓力機(jī)加工工藝曲線的軌跡規(guī)劃，針對不同的規(guī)劃目標(biāo)在滿足軌跡幾何學(xué)特性要求的前提下，力求尋得不同工藝要求條件下適應(yīng)電機(jī)特性的最優(yōu)解，提高工藝曲線的工藝適應(yīng)性；其核心任務(wù)就是通過擬合離散的控制點(diǎn)信息，找到能實(shí)現(xiàn)加工工藝曲線幾何特性的伺服電機(jī)速度控制方案；如圖2所示，可以看出在不同加減速控制模式下，克服相同的加工負(fù)載，伺服電機(jī)所需要的輸出扭矩是不同的。
[0013]下面以快?慢?快加工模式為例詳細(xì)說明本發(fā)明伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法步驟，如圖1所示:
1、加工工藝曲線的幾何特性設(shè)計(jì)步驟:針對用戶數(shù)據(jù)，如設(shè)定工作模式為典型快?慢?快模式，滑塊行程次數(shù)為12次/分鐘，則一個(gè)完整工作周期長度為5s，設(shè)定板材加工厚度為80_，要求實(shí)際加工時(shí)間為1.5s,則如圖3所示，求得關(guān)鍵位置速度控制點(diǎn)2和速度控制點(diǎn)3在一個(gè)工作周期內(nèi)的相對位置坐標(biāo)參數(shù)和相對時(shí)間坐標(biāo)參數(shù),分別為(1.5，80)、
(3.0);其具體步驟為:
101)、依據(jù)典型快?慢?快加工模式要求，結(jié)合滑塊行程次數(shù)12次/分鐘的具體要求確定壓力機(jī)工作周期長度為5s ；
102)、依據(jù)典型快?慢?快加工工藝曲線幾何參數(shù)要求，在1.5s的實(shí)際工作周期內(nèi)確定滑塊關(guān)鍵控制點(diǎn)對應(yīng)的相對時(shí)間參數(shù)，即確定速度控制點(diǎn)2和速度控制點(diǎn)3時(shí)間坐標(biāo)為
1.5s 和 3s ；
103)、依據(jù)板材厚度參數(shù)80mm，確定滑塊關(guān)鍵位置控制點(diǎn)具體參數(shù)為(1.5，80)、
(3.0)；
104)、依據(jù)典型材料成形速度限制要求，確定關(guān)鍵位置控制點(diǎn)之間區(qū)域工藝曲線的幾何參數(shù)限制條件，如某材料拉伸操作加工速度限制為〈80mm/s，則本例中加工階段滑塊速度滿足要求，如不滿足則應(yīng)適當(dāng)延長實(shí)際加工時(shí)間；
2、加工工藝曲線的離散步驟:依據(jù)控制點(diǎn)對應(yīng)相對位置參數(shù)，在相鄰控制點(diǎn)間插補(bǔ)引導(dǎo)點(diǎn)；具體包括以下步驟:
201)、依據(jù)設(shè)定的離散標(biāo)度，利用預(yù)設(shè)公式對引導(dǎo)點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)算，合理安排引導(dǎo)點(diǎn)的布置密度；依據(jù)理論工藝曲線形狀特性，在曲線位置拐點(diǎn)，如圖3所示速度控制點(diǎn)1、2、3、4的相鄰區(qū)域內(nèi)密化引導(dǎo)點(diǎn)的分布；
202)、依據(jù)工藝曲線幾何特性要求，合理安排引導(dǎo)點(diǎn)的相對位置參數(shù)；
3、加工工藝曲線的插補(bǔ)步驟:依據(jù)引導(dǎo)點(diǎn)相對時(shí)間位置順序，依次對相鄰引導(dǎo)點(diǎn)實(shí)行插補(bǔ)，即求得經(jīng)過兩兩相鄰引導(dǎo)點(diǎn)的滿足壓力機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的恒定轉(zhuǎn)速數(shù)值H?......;具體包括以下步驟: 301 )、找到經(jīng)過相鄰兩個(gè)引導(dǎo)點(diǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定條件下的滑塊位移曲線的片段組合或電機(jī)在恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)條件下的運(yùn)動(dòng)曲線；將插補(bǔ)曲線調(diào)整為伺服壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)條件下的運(yùn)動(dòng)曲線，用原始運(yùn)動(dòng)曲線片段對目標(biāo)曲線進(jìn)行擬合逼近，生成符合曲線精度要求的加工工藝曲線。
[0014]302)、計(jì)算引導(dǎo)點(diǎn)擬合曲線與連接直線之間的坐標(biāo)誤差，與預(yù)先設(shè)定的誤差標(biāo)度作比較，如果滿足坐標(biāo)誤差控制要求，則記錄原始曲線對應(yīng)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，不滿足要求舍棄并進(jìn)行下一步；
303)、記錄連接引導(dǎo)點(diǎn)的所有滿足精度要求的原始曲線的組合，以及與之對應(yīng)的不同轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)組合；
304)、重復(fù)步驟301)至步驟303)，直到最后一個(gè)引導(dǎo)點(diǎn)；
4、最優(yōu)化工藝曲線步驟:針對不同加工工藝，篩選轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)組合，使其在滿足規(guī)劃曲線幾何特性要求以及控制精度要求的同時(shí)，力求通過調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化組合，降低對電機(jī)轉(zhuǎn)矩等相關(guān)參數(shù)指標(biāo)的要求，提高工藝曲線的可行性及工藝適應(yīng)性；具體包括以下步驟:
401)、針對不同的轉(zhuǎn)速變化組合數(shù)據(jù)，結(jié)合具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型計(jì)算相應(yīng)條件下，電機(jī)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制效果所需時(shí)間、扭矩等相關(guān)參數(shù)；
402)、針對不同的要求，選取適合不同要求的電機(jī)速度控制方案，達(dá)到對曲線軌跡規(guī)劃方案實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的目的；
5、優(yōu)化數(shù)據(jù)的存儲步驟:記錄適應(yīng)不同要求的工藝曲線規(guī)劃所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)組合，對適應(yīng)不同工藝要求的轉(zhuǎn)速組合進(jìn)行記錄，圖4中實(shí)線曲線為實(shí)際轉(zhuǎn)速變化曲線，以供實(shí)際加工調(diào)用。
[0015]本發(fā)明中，軌跡規(guī)劃的目標(biāo)解有多組，在滿足軌跡規(guī)劃曲線幾何特性及關(guān)鍵控制點(diǎn)參數(shù)的前提下，通過對符合目標(biāo)控制要求的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)組合所對應(yīng)的伺服電機(jī)速度控制方案的篩選優(yōu)化，尋得最優(yōu)解，提高加工工藝曲線的工藝適應(yīng)性。針對軌跡規(guī)劃的目標(biāo)電機(jī)控制速度組合方案有多組，可以依據(jù)實(shí)際電機(jī)加減速性能以及在相應(yīng)加減速模式下的電機(jī)響應(yīng)特性選取最適宜的電機(jī)速度控制方案，提高加工工藝曲線的控制可行性。
[0016]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法，其特征在于包括以下步驟: 1)、加工工藝曲線的幾何特性設(shè)計(jì)步驟:針對用戶數(shù)據(jù)，設(shè)定工作周期長度，得到關(guān)鍵位置控制點(diǎn)在一個(gè)工作周期內(nèi)的相對位置參數(shù)和相對時(shí)間參數(shù)；包括如下步驟: 101)、依據(jù)不同的加工模式，不同的滑塊行程次數(shù)，確定工作周期長度； 102)、依據(jù)理論加工工藝曲線幾何參數(shù)要求，在工作周期內(nèi)確定滑塊關(guān)鍵控制點(diǎn)對應(yīng)的相對位置參數(shù)； 103)、依據(jù)板材厚度參數(shù)確定滑塊關(guān)鍵位置控制點(diǎn)及輻射區(qū)域的形狀參數(shù)； 104)、依據(jù)成形要求數(shù)據(jù)，設(shè)定不同材料、不同工藝的關(guān)鍵位置控制點(diǎn)之間區(qū)域工藝曲線的幾何參數(shù)限制條件； 2)、加工工藝曲線的離散步驟:依據(jù)控制點(diǎn)對應(yīng)位置參數(shù)，在相鄰控制點(diǎn)間插補(bǔ)不同密度排布的引導(dǎo)點(diǎn)；包括以下步驟: 201)、依據(jù)設(shè)定的離散標(biāo)度，對引導(dǎo)點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定引導(dǎo)點(diǎn)的布置密度； 202)、依據(jù)工藝曲線幾何特性要求，確定引導(dǎo)點(diǎn)的位置及特征參數(shù)； 3)、加工工藝曲線的插補(bǔ)步驟:依據(jù)引導(dǎo)點(diǎn)時(shí)間位置順序，依次對相鄰引導(dǎo)點(diǎn)間插補(bǔ)原始曲線，原始曲線是指電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的條件下滑塊位移曲線；具體包括以下步驟: 301)、找到經(jīng)過相鄰兩個(gè)引導(dǎo)點(diǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定條件下的滑塊位移曲線的片段組合或電機(jī)在恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)條件下的運(yùn)動(dòng)曲線作為原始曲線； 302)、計(jì)算引導(dǎo)點(diǎn)擬合曲線與連接直線之間的坐標(biāo)誤差，與預(yù)先設(shè)定的誤差標(biāo)度對比，如果滿足坐標(biāo)誤差控制要求，則記錄原始曲線對應(yīng)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，不滿足要求舍棄并進(jìn)行下一步; 303)、記錄連接引導(dǎo)點(diǎn)的所有滿足精度要求的原始曲線組合及與之對應(yīng)的不同轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)組合； 304)、重復(fù)步驟301)至步驟303)，直到最后一個(gè)引導(dǎo)點(diǎn)； 4)、最優(yōu)化工藝曲線步驟:針對不同加工工藝需求，篩選轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)組合，選取適合不同要求的電機(jī)速度控制方案，實(shí)現(xiàn)對加工工藝曲線軌跡規(guī)劃； 5)、優(yōu)化數(shù)據(jù)的存儲步驟:記錄適應(yīng)不同要求的工藝曲線規(guī)劃所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)組合，對適應(yīng)不同工藝要求的轉(zhuǎn)速組合進(jìn)行記錄。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服壓力機(jī)加工工藝曲線軌跡規(guī)劃方法，其特征在于:所述步驟201)還包括以下步驟: 2011)、依據(jù)理論工藝曲線形狀特性，在曲線位置拐點(diǎn)處密化引導(dǎo)點(diǎn)的分布； 2012)、設(shè)定各引導(dǎo)點(diǎn)處擬合曲線的幾何特性變化范圍。
【文檔編號】G05B19/19GK104007698SQ201410226121
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】唐敦兵, 楊俊 , 張澤群, 孫競偉 申請人:南京航空航天大學(xué)