[發明專利]一種非對稱性四次曲線柔性加減速規劃方法

有效

• 申請號: 202010047726.6
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111158318B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 張相勝;朱道坤;王國先
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G05B19/416
• 分類號: G05B19/416
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;劉秋彤

一種非對稱性四次曲線柔性加減速規劃方法，屬于數控加工運動控制領域。首先構建了新的加減速控制模型，然后給出了詳細的算法實現方案，采用分類討論和循環迭代相結合的方法進行算法實現，同時采用勻速補償法克服不同精度要求下算法耗時不穩定的問題，在無復雜函數運算、參數控制靈活、計算穩定可靠的基礎上，解決了傳統S型曲線加加速度存在階躍的問題，提高了數控加工的運動平穩性，為數控系統提供了一種可行實用的加減速規劃方案。

技術領域

本發明屬于數控加工運動控制領域，涉及一種非對稱性四次曲線柔性加減速規劃方法。

背景技術

隨著工業現代化水平的不斷發展，制造業對數控加工提出了更高的要求，數控系統正朝著高速高精、高可靠性方向發展，而加減速規劃是影響數控系統性能的一項關鍵技術。

目前，工程上使用較多的是直線加減速和S型加減速。直線加減速實現簡單、計算效率高，但是規劃出的速度曲線平滑性差，一般只適用于低端數控系統。S型加減速控制可規劃出速度和加速度均連續變化的軌跡曲線，滿足一般的數控加工要求，然而S型加減速控制的加加速度在起點和終點以及正負值的轉接點位置均存在突變，在高速加工中，會導致機床系統產生振動和沖擊，因此很難滿足高速高精度加工的要求。而當前存在的改進方案，仍存在一定的缺陷：(1)采用三角函數或指數函數類曲線進行改進，雖避免了加加速度階躍，但影響了嵌入式系統的實時性和計算精度，在實際數控系統中很少使用；(2)加速階段和減速階段的非對稱性只是起始速度和終點速度是不相等的，但是加速階段與減速階段的參數值是相等的，意味著加速過程和減速過程快慢不能分開控制，降低加減速控制方法的靈活性；(3)沒有考慮系統精度的影響，一旦系統精度要求提高，計算量可能會倍增，從而造成系統不穩定。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明提出了一種非對稱性四次曲線柔性加減速規劃方法。構建了新的加減速控制模型，并給出了詳細的算法實現方案，在無復雜函數運算、參數控制靈活、計算穩定可靠的基礎上，解決了傳統S型曲線加加速度存在階躍的問題。

本發明技術方案為：

一種非對稱性四次曲線柔性加減速規劃方法，步驟如下：

1、非對稱性四次曲線柔性加減速規劃模型構建

構建的加減速規劃模型包含加速運動階段、勻速運動階段和減速運動階段；加加速度的變化規律為三角形狀連續變化，向上逐次積分得到加速度、速度和位移變化規律，規劃出的加加速度、加速度、速度和位移分別是連續變化的一次、二次、三次和四次曲線；加速階段和減速階段的參數值均可不同，完整的加減速過程被劃分為11個運動階段，每個運動階段都有相對應的參數函數表達式。

2、非對稱性四次曲線柔性加減速規劃實現方案

總體實現流程包括以下處理步驟：

S1，輸入系統給定參數，包括：待加工路徑長度L、起始速度V_s和終點速度V_e、機床運行最大速度V_max、加速運動階段的最大加速度A_a和最大加加速度J_a、減速運動階段的最大加速度A_d和最大加加速度J_d。

S2，取可達到的最大速度V_{max_act}＝V_max，校驗此時加速階段和減速階段的最大加速度可達性，并分別求出加速階段的位移長度S_a和減速階段的位移長度S_d。

S3，判斷待加工路徑長度L與S_a+S_d的大小關系，從而校驗機床運行最大速度V_max可達性，若機床運行最大速度可達，則實際可達到的最大速度取機床運行最大速度，并跳轉至步驟S6；若機床運行最大速度不可達，至步驟S4。