S形曲線速度規(guī)劃方法、裝置及數(shù)控方法和數(shù)控機床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)控加工的加減速處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種S形曲線速度規(guī)劃方 法、裝置及數(shù)控方法和數(shù)控機床。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控系統(tǒng)中，為了保證機床在啟動停止或者兩條曲線段之間過渡時不產(chǎn)生沖擊、 失步、超程或者震蕩，需采用專門的加減速控制算法，使得電機的輸入按照一定的規(guī)律進行 變化，在各種加工情況下都能快速準確的定位?，F(xiàn)有技術(shù)在S形曲線加減速控制中，將S形 曲線劃分為七個時間段，根據(jù)系統(tǒng)最大加速度等參數(shù)計算各個時間段的時間長度以完成S 形曲線的規(guī)劃，使得被控制的曲線軌跡的加速度呈線性且連續(xù)變化，以此來控制加工過程 中的沖擊和震蕩等問題。
[0003] 但是，在進行S形曲線加減速控制過程中，當最初算法要求產(chǎn)生變化，就需要為這 種特殊情況來準備一套特別的公式組，并且還需要持續(xù)開發(fā)出新的公式來適應(yīng)算法的變 化，并付諸大量時間去測試。做一種改動需要對很多地方更改方程，漏掉或者出錯的概率很 高，出錯也不易理解不易修正，交接工作時對新入手的算法工程師來說讀懂這么多的公式 也會消耗大量時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種S形曲線速度規(guī)劃方法、裝置及數(shù)控方法和 數(shù)控機床，能夠在需要改變運動狀態(tài)參數(shù)時無需分別更改所有相關(guān)方程組，以節(jié)省編程人 員的時間和提升系統(tǒng)可靠性。
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供的第一方案為提供一種S形曲線速度規(guī)劃方法，所 述S形曲線加減速的運行區(qū)間段被劃分為7個連續(xù)的時間段1\、……1\、……T7，所述方 法包括：（1)獲取預(yù)先設(shè)定的運動狀態(tài)參數(shù)的期望值；（2)獲取1\時間段起始時間點對應(yīng) 的狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i);其中，所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i)包括1\時間段起 始時間點對應(yīng)的運動狀態(tài)參數(shù)的值，1 <i< 7 ;(3)根據(jù)所述運動狀態(tài)參數(shù)的期望值與 所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i)計算狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i+l);其中，所述狀態(tài)函數(shù) M〇ti〇nstatuS(i+l)包括時間段結(jié)束時間點或Ti+1時間段起始時間點對應(yīng)的運動狀態(tài) 參數(shù)的值；循環(huán)執(zhí)行上述步驟（2)、（3)，以計算得到1\至T7各個時間段對應(yīng)的狀態(tài)函數(shù) Motionstatus(i)至Motionstatus(8)，從而得到S形曲線速度規(guī)劃的數(shù)據(jù)。
[0006] 其中，所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i)包括的時間段起始時間點對應(yīng)的運動狀 態(tài)參數(shù)的值包括A時間段起始時間點時的加速度ai、速度Vi、位移Pi及時間ti;所述運動 狀態(tài)參數(shù)的期望值包括：加加速度J、期望加速度4、期望減速度隊、期望速度和期望位移 P〇
[0007]其中，所述根據(jù)所述運動狀態(tài)參數(shù)的期望值與所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i)計 算狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i+1)的步驟包括：由所述運動狀態(tài)參數(shù)的期望值計算所述時間 段Ti的時間長度Di;由所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i)和所述時間長度Di計算狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i+1)〇
[0008] 其中，所述由所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus (i)和所述時間長度Di計算狀態(tài)函數(shù) Motionstatus (i+1)的步驟包括：利用如下公式計算所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus (i+1)包 括的加速度值：ai+1= JXDi+ai;利用如下公式計算所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus (i+1)包 括的速度值：
；利用如下公式計算所述狀態(tài) 函數(shù)Motionstatus (i+1)包括的位移值：

丨利用如下公式計算所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus (i+1)包括的時間值：ti+1 =ti+Di〇
[0009] 其中，所述方法還包括：根據(jù)所述S形曲線速度規(guī)劃的數(shù)據(jù)進行插補計算。
[0010] 為解決上述問題，本發(fā)明提供的第二方案為提供一種基于s形曲線速度規(guī)劃的數(shù) 控方法，所述方法包括：利用如第一方案任意一項所述的s形曲線速度規(guī)劃方法形成的SB 曲線速度規(guī)劃數(shù)據(jù)；根據(jù)所述S形曲線速度規(guī)劃數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)控指令，以驅(qū)動機械相應(yīng)地運 動。
[0011] 為解決上述問題，本發(fā)明提供的第三方案為提供一種S形曲線速度規(guī)劃裝置， 所述S形曲線加減速的運行區(qū)間段被劃分為7個連續(xù)的時間段1\、……Ti、……T7，所 述裝置包括：第一獲取單元，用于獲取預(yù)先設(shè)定的運動狀態(tài)參數(shù)的期望值；第二獲取單元， 用于獲取1\時間段起始時間點對應(yīng)的狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i);其中，所述狀態(tài)函數(shù) Motionstatus(i)包括1\時間段起始時間點對應(yīng)的運動狀態(tài)參數(shù)的值，1彡i彡7 ;計算 單元，用于根據(jù)所述運動狀態(tài)參數(shù)的期望值與所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i)計算狀態(tài)函 數(shù)Motionstatus(i+1);其中，所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i+1)包括1\時間段結(jié)束時間 點或Ti+1時間段起始時間點對應(yīng)的運動狀態(tài)參數(shù)的值；所述第二獲取單元和所述計算單元 如上所述循環(huán)執(zhí)行，以計算得到1\至T7各個時間段對應(yīng)的狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i)至 Motionstatus(8)，從而得到S形曲線速度規(guī)劃的數(shù)據(jù)。
[0012] 其中，所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i)包括的時間段起始時間點對應(yīng)的運動狀 態(tài)參數(shù)的值包括A時間段起始時間點時的加速度ai、速度Vi、位移Pi及時間ti;所述運動 狀態(tài)參數(shù)的期望值包括：加加速度J、期望加速度4、期望減速度隊、期望速度和期望位移 P〇
[0013] 其中，所述計算單元用于根據(jù)所述運動狀態(tài)參數(shù)的期望值計算所述時間段凡的 時間長度Di;以及根據(jù)所述狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i)和所述時間長度D,計算狀態(tài)函數(shù)Motionstatus(i+1)〇
[0014] 為解決上述問題，本發(fā)明提供的第四方案為提供一種數(shù)控機床，包括如第三方案 任一項所述的S形曲線速度規(guī)劃裝置以及控制裝置，其中，所述控制裝置用于根據(jù)所述S形 曲線速度規(guī)劃數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)控指令，以驅(qū)動機械相應(yīng)地運動。
[0015]本發(fā)明提供的一種S形曲線速度規(guī)劃方法、裝置及數(shù)控方法和數(shù)控機床，將S形曲 線加減速控制過程中的運動狀態(tài)進行封裝以及通過建立狀態(tài)函數(shù)將S形曲線加減速控制 過程中所需的方程封裝起來，如果需要改變運動狀態(tài)參數(shù)則可以直接調(diào)用函數(shù)對封裝起來 的運動狀態(tài)一起改掉，不易遺漏。將重復(fù)利用的方程或方法封裝后，如果需要新的算法要 求，只需要更改封裝起來的函數(shù)，而不是所有用到這個方程的地方，從而節(jié)省了編程人員的 時間，提升了系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說明】
[0016]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的S形曲線速度規(guī)劃的運動狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)關(guān)系示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明第一實施方式中的S形曲線速度規(guī)劃方法的流程示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明第一實施方式中的S形曲線速度規(guī)劃的運動狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)關(guān)系示意 圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明第一實施方式中計算狀態(tài)函數(shù)Motionstatus (i+1)的方法流程示意 圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明第二實施方式中的S形曲線速度規(guī)劃方法的流程示意圖；
[0021] 圖6為本發(fā)明第三實施方式中的S形曲線速度規(guī)劃方法的流程示意圖；
[0022] 圖7為本發(fā)明第一實施方式中的S形曲線速度規(guī)劃裝置的功能模塊示意圖；
[0023] 圖8為本發(fā)明第二實施方式中的S形曲線速度規(guī)劃裝置的功能模塊示意圖；
[0024] 圖9為本發(fā)明實施方式中數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施方式中的附圖，對本發(fā)明實施方式中的技術(shù)方案進行清 楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本發(fā)明一部分實施方式，而不是全部的實 施方式。基于本發(fā)明中的實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所 獲得的所有其他實施方式，均屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0026] 以下將首先對現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)的S形曲線速度規(guī)劃的基本原理進行說明：
[0027] 請參閱圖1，為現(xiàn)有技術(shù)中的S形曲線速度規(guī)劃的運動狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)關(guān)系示意圖， S形曲線指數(shù)控系統(tǒng)在加減速階段的速度曲線形狀呈S形，且S形曲線加減速的運行區(qū)間 段一般可以分為七個連續(xù)的時間段，從S形曲線的起點依次分別為：加加速階段、勻加速階 段、減加速階段、勻速階段、加減速階段、勻減速階段和減減速階段階段。這七個時間段的 時間長度分別記做T 2、T3、T4、T5、T6、T7，每個時間段末點的時間記做tp t2、t3、t4、t5、t6