[發(fā)明專利]一種基于約束分類的時(shí)間最優(yōu)速度規(guī)劃方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111505094.4
• 申請(qǐng)日: 2021-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN114237047B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高健;張桂鑫;張攬宇;鄧海祥;陳云;賀云波;陳新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 深圳市創(chuàng)富知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

本發(fā)明公開了一種基于約束分類的時(shí)間最優(yōu)速度規(guī)劃方法及系統(tǒng)，該方法包括：讀取路徑信息并進(jìn)行曲線擬合，得到路徑曲線；對(duì)路徑曲線進(jìn)行采樣，考慮靜態(tài)約束獲得速度曲線的靜態(tài)上界值；考慮動(dòng)態(tài)約束，結(jié)合速度曲線的靜態(tài)上界值構(gòu)建時(shí)間最優(yōu)速度模型；將時(shí)間最優(yōu)速度模型進(jìn)行凸變換，得到凸模型；基于二次序列規(guī)劃法求解凸模型，得到最終速度曲線。該系統(tǒng)包括：路徑曲線模塊、靜態(tài)約束模塊、動(dòng)態(tài)約束模塊、模型變換模塊和求解模塊。通過使用本發(fā)明，在路徑復(fù)雜的情況依然可以規(guī)劃出時(shí)間最優(yōu)的速度曲線，且可以考慮更多類型約束，不會(huì)出現(xiàn)過度縮放的情況。本發(fā)明作為一種基于約束分類的時(shí)間最優(yōu)速度規(guī)劃方法及系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于精密運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于約束分類的時(shí)間最優(yōu)速度規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著動(dòng)力能源、航天航空等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)復(fù)雜曲面零件的加工質(zhì)量和加工效率要求越來越高。為保證加工效率，必須根據(jù)要走的軌跡規(guī)劃出一條加工時(shí)間最優(yōu)的速度曲線，速度規(guī)劃法主要分為兩種，S形規(guī)劃法和最優(yōu)規(guī)劃法，S形規(guī)劃法在路徑較復(fù)雜時(shí)所規(guī)劃的速度曲線并不能實(shí)現(xiàn)時(shí)間最優(yōu)，最優(yōu)規(guī)劃法在路徑曲率多變且變化較大或者其他約束變化大的地方常常出現(xiàn)縮放過度的情況，對(duì)約束的求解穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于約束分類的時(shí)間最優(yōu)速度規(guī)劃方法，在路徑復(fù)雜的情況依然可以規(guī)劃出時(shí)間最優(yōu)的速度曲線，且可以考慮更多類型約束，不會(huì)出現(xiàn)過度縮放的情況。

本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是：一種基于約束分類的時(shí)間最優(yōu)速度規(guī)劃方法，包括以下步驟：

讀取路徑信息并進(jìn)行曲線擬合，得到路徑曲線；

對(duì)路徑曲線進(jìn)行采樣，考慮靜態(tài)約束獲得速度曲線的靜態(tài)上界值；

考慮動(dòng)態(tài)約束，結(jié)合速度曲線的靜態(tài)上界值構(gòu)建時(shí)間最優(yōu)速度模型；

將時(shí)間最優(yōu)速度模型進(jìn)行凸變換，得到凸模型；

基于二次序列規(guī)劃法求解凸模型，得到最終速度曲線。

進(jìn)一步，曲線擬合的公式表示如下：

上式中，C(u)表示路徑曲線，P_i表示控制點(diǎn)，w_i表示控制點(diǎn)相應(yīng)的權(quán)系數(shù)，N_i,p表示第i個(gè)p階基函數(shù)，u表示樣條參數(shù)變量。

進(jìn)一步，所述考慮動(dòng)態(tài)約束，結(jié)合速度曲線的靜態(tài)上界值構(gòu)建時(shí)間最優(yōu)速度模型這一步驟，其具體包括：

將速度曲線的靜態(tài)上界值逐點(diǎn)代入動(dòng)態(tài)約束方程組，并以時(shí)間最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建初步模型。

根據(jù)進(jìn)給速度和靜態(tài)上界值對(duì)初步模型進(jìn)行變換，得到時(shí)間最優(yōu)速度模型。

進(jìn)一步，所述時(shí)間最優(yōu)速度模型的公式表示如下：

上式中，f_up,i表示第i個(gè)采樣點(diǎn)的速度最大值，F(xiàn)_i表示第i個(gè)采樣點(diǎn)的速度最優(yōu)值，A_i(s),J_i(s)表示第i個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)給方向上的加速度和加加速度，A_∧,i(s),J_∧,i(s)表示第i個(gè)采樣點(diǎn)在∧軸向方向上的加速度和加加速度，a_t,max,j_t,max分別表示切向最大加速度和加加速度，a_∧,max,j_∧,max表示∧軸向的最大加速度和加加速度。

進(jìn)一步，所述將時(shí)間最優(yōu)速度模型進(jìn)行凸變換，得到凸模型這一步驟，其具體包括：