[發明專利]一種連續小線段軌跡的動態自適應速度前瞻控制方法

在審

• 申請號: 201710555047.8
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107329458A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 董志劼;東梁
• 申請（專利權）人: 深圳市旗眾智能自動化有限公司
• 主分類號: G05B19/4103
• 分類號: G05B19/4103
• 代理公司: 深圳市中知專利商標代理有限公司44101
• 代理人: 張學群

技術領域

本發明涉及數控技術領域，特別涉及一種適用于連續小線段軌跡的動態自適應速度前瞻控制方法。

背景技術

隨著現代工業的快速發展，常用于汽車、航空航天和各種工業中的先進制造技術發展的競爭越來越激烈。這不僅對產品的質量提高的要求，而且對生產速度的要求也越來越高。高速高精生產已成為當下現代制造企業追求的重要目標。為了加工具有復雜曲線曲面的特殊零部件，如模具、汽車和航天航空零部件等，CAD/CAM軟件往往通過大量小線段軌跡近似逼近加工軌跡輪廓以實現對其加工。若對這些離散非連續的小線段進行直接加工，容易造成電機頻繁加減速，既影響電機的使用壽命，也存在加工速度和效率低等問題；另外，還容易形成劃痕等嚴重影響表面加工質量的問題，對加工設備形成沖擊同時影響刀具的使用壽命。

針對離散成大量首尾相接的小線段的加工，為了滿足高速加工的時間盡可能短、進給速度盡可能高的特點，必須預先對這些離散的加工路徑進行規劃和預處理，要避免刀具干涉，遇到高曲率點或急轉彎時還要采取減速處理，從而避免形成較大的輪廓誤差和對機床產生較大的沖擊。針對這些問題，國內外研究者開始研究基于前瞻控制的數控系統。前瞻控制是一種提前發現加工軌跡突變點并對進給速度實施控制的有效方法。對于在復雜輪廓工件加工過程，若在高速行進過程突遇高曲率點或拐角，為了保證加工精度和避免刀具急轉彎，必須控制進給速度在允許范圍以內。鑒于機床性能的限制，從較高速度減小至允許的范圍需要一定的減速時間，這減速過程機床刀具要走過一定加工距離才能完成。因此，必須在高曲率點或拐角之前進行減速處理，即提前發現減速點，這就是數控系統前瞻控制的目的。目前，結合速度前瞻控制功能，針對上述問題常見的解決方案有以下兩種：

(1)將大量小線段軌跡進行曲線擬合，然后利用參數插補算法進行插補運算。該方法可獲得更好的表面質量和更高的加工進給速度。但存在計算復雜、運算量大、實時性難以保證等問題。

(2)采取直接插補法，但是必須根據相鄰段拐角大小、輪廓誤差、速度連續性等限制條件并結合相應的速度前瞻算法進行插補運算，以達到連續小線段的高速加工。該方法滿足輪廓誤差限制條件的同時可獲得較好的表面加工質量；具有運算量小，計算簡單的特點。

速度前瞻控制和插補技術是實現連續軌跡高速加工的兩個關鍵技術，但是，在現有的速度前瞻控制方法在實行位移和速度推算過程使用連續時域的計算公式，而在插補過程中卻采用離散時域的迭代計算公式，導致插補過程的實際可達速度與速度前瞻所得的允許最大速度不一致，造成銜接點過渡的速度曲線不連續。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種連續小線段軌跡的動態自適應速度前瞻控制方法，有效解決了現有速度前瞻控制和插補技術造成銜接點過渡的速度曲線不連續的技術問題。

本發明提供的技術方案包括：

一種連續小線段軌跡的動態自適應速度前瞻控制方法，包括：

S1根據軌跡幾何和機床機械性能參數限制條件，計算銜接點最大速度，并確定速度前瞻的段數；

S2根據起始速度減速至0的減速距離、及未前瞻路徑總和與當前線段位移長度之差判斷是否進入減速區域；若不是，跳轉至步驟S3；

S3比較起始速度與結束速度的大小；若起始速度大于結束速度，且都小于目標速度，則跳轉至步驟S4；

S4根據起始速度減速至結束速度的減速距離、及當前線段位移長度判斷是否滿足減速距離約束條件；若是，跳轉至步驟S7；否則跳轉至步驟S5；

S5進一步判斷起始速度減速至結束速度的減速距離是否小于當前線段位移長度，若是，跳轉至步驟S7；否則跳轉至步驟S6；

S6利用二分法查找當前段位移長度約束的最大起始速度，以此循環直到回溯到前瞻起點；

S7更新未前瞻路徑總，并判斷當前線段所在段是否小于前瞻段數，若是，跳轉至步驟S2；否則，跳轉至步驟S8；

S8結束速度前瞻控制。

進一步優選地，在步驟S2中，若根據起始速度減速至0的減速距離小于未前瞻路徑總和與當前線段位移長度之差，則判定進入減速區域，并跳轉至步驟S9；

S9根據結束速度減速至0的減速距離、及未前瞻路徑總和與當前線段位移長度之差判斷是否滿足減速距離約束條件；若是，跳轉至步驟S6；否則，跳轉至步驟S10；

S10根據二分法查找并修正起始速度，并判斷結束速度減速至起始速度的減速距離是否小于當前線段位移長度，若是，跳轉至步驟S7；否則跳轉至步驟S6。