[發明專利]基于S型曲線的高質量加工五次多項式速度規劃方法

在審

• 申請號: 202011418004.3
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112506143A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 蓋榮麗;杜曉燕
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: G05B19/416
• 分類號: G05B19/416;G05B19/41
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 蓋小靜

本發明公開了一種基于S型曲線的高質量加工五次多項式速度規劃方法，首先對待加工的曲線進行快速插補，快速插補過程中記錄在規定的精度要求下的加減速開始起點，參數極值點，以及計算插補時的路徑長度。判斷逆向最大加速度?A_max和最大加速度A_max能否達到。然后將整個加減速過程進行分段，分別得到每一段的五次多項式方程。并在快速插補過程中記錄插補的參數和插補的距離。通過快速插補得到的數據記錄在加減速數組中然后應用于實時插補中。該方法可以達到機床刀具運動過程中速度、加速度、加加速度的連續變化，把速度、加速度和加加速度控制在理想范圍中，且誤差較小，精度大大提高，實現了高柔性加減速控制。

技術領域

本發明涉及數控機床加工領域，具體涉及基于S型曲線的高質量加工五次多項式速度規劃方法。

背景技術

現今社會在科技的高速發展下，數控機床領域越來越向著高速化、高精度化、智能化和開放化的方向發展。在高速精密的加工中，是否能夠確保進給速度連續、平滑的變化和提高系統的靈活性，對實際加工質量有著重大影響，此時的加減速控制尤為重要。加減速控制算法是對加工路徑中的速度、加速度、加加速度等進行控制和規劃。良好的加減速控制算法對數控機床加工效率和質量有著重要影響。因此，尋求一個良好的加減速控制算法對數控機床加工中所要求的高質量、高速度和高精密度有著重要的意義。

目前數控機床加工中使用最多的加減速控制方法主要有直線加減速控制方法，指數加減速控制方法，S曲線加減速控制方法和正弦函數平方曲線加減速控制方法等。上述幾種加減速控制方法都存在各自的優缺點。比如，直線加減速控制方法雖然無法保證減加速過程中曲線連續，若加速度突變可能會對機床產生重大影響，但其公式易于理解，實現方法較為簡單，是使用的最早的加減速控制方法。相比之下，指數加減速控制方法的連續性更好，在進行實驗時，穩定性更強，總體效果比直線加減速控制算法理想。但指數加減速控制方法包含大量的指數計算，較為復雜，實現難度較大，且其加速度存在突變。S曲線加減速控制方法可以保證系統的靈活性，在加減速過程中，此方法將整個過程分為七段，分別對每一段進行計算，提高了穩定性和精密度，但方法復雜，計算量大，程序實現困難。正弦平方曲線加減速方法在其他方法的基礎上做了改進，實現了速度等曲線的連續性，但該方法中的速度曲線不夠平滑，可能會引起系統較大的誤差，給最終結果造成不必要的損失。

發明內容

針對目前數控機床加工中加減速運動過程出現的缺點和不足，本申請提供一種基于S型曲線的高質量加工五次多項式速度規劃方法，該方法可以保證速度、加速度和加加速度的連續變化，提高加工柔性且減小誤差，精度也得到明顯改善。

為實現上述目的，本申請的技術方案為：基于S型曲線的高質量加工五次多項式速度規劃方法，包括：

對待加工的曲線進行快速插補，獲得加減速過程中的進給速度，記錄加速/減速的起點、加減速過程中速度的極值點；

根據所述加減速過程中速度的極值點判斷能否達到最大加速度和最大逆向加速度；

將所述加減速過程分段并獲得每一段對應的五次多項式方程；

記錄達到最大加速度和最大逆向加速度走過的插補距離，并將這個過程中的插補參數記錄在加減速的數組中用于實時插補；

通過加減速的數組中的信息及插補參數進行實時插補。

進一步的，所述快速插補的進給插補速度為：

其中，v_max是最大速度，x_i是當前插補點對應的插補參數，v_e(x_i)為當前系統規定范圍內的速度，由以下公式計算：

其中，T為系統插補周期，β_i為曲率半徑，H_max為系統規定的最大弦高誤差。