步进运动控制系统最优插补周期研究

以升降速过程中步进电机的理论运动平稳性为评价指标,参考匀加减速模型,提出了单轴运动和多轴运动时最优插补周期的概念,并通过理论分析给出了其选择依据。理论分析和加工验证表明,数控加工中的精度、效率和平稳性之间存在着固有的相互制约关系,在设计数控机床或选用加工参数时,应当综合考虑,使三者相互协调以获得最佳的运动性能和加工质量。该算法已成功应用于所开发的非金属雕刻机数控系统。

工业机器人自适应生成插补周期的轨迹规划算法

为了化简任意轨迹算法过程,提高算法的适应性,利用分类法以及误差法提出了一整套自动生成插补周期的轨迹规划算法,并使得插补曲线的振荡得到抑制。经过仿真和实验证明:该算法实现了轨迹,并满足了相关要求,且算法实用有效。

梯形速度控制变插补周期的实时插补算法研究

提出了基于梯形速度控制的变插补周期实时插补算法。在固定插补步长条件下,依据直线加减速算法,确定出加速段、恒速段和减速段的插补次数,进而生成变化的进给速度和相应的插补周期;同时,形成各坐标轴的运动增量。仿真实例结果表明,该算法可有效地控制加工精度,充分发挥联动各轴的加速能力,有效缩短加减速过程时间,且易于在CNC系统中实现。

插补前加减速运动时间周期化等效变换算法

针对数控系统插补前加减速控制计算得到的运动时间不是插补周期的整数倍的问题,提出了基于连续时间速度曲线与位移等效变换原理,生成满足插补周期整数倍特征的周期化离散速度曲线的方法,并以梯形加减速为例,详细推导了起止速度为任意正实数情况下不同加减速阶段的各个插补周期的进给速度计算公式。该方法无需改变插补周期,易于与传统伺服运动控制系统兼容。插补实例表明,提出的方法能够生成匀速运动速度严格等于指令速度的速度曲线,保证以指定的速度通过线段终点,且具有较高的运动效率与插补精度。

轨迹插补加减速离散算法改进

加减速离散算法常用于梯形加减速或S形加减速当中,传统加减速离散算法每走一步,计算一次脉冲间隔时间(即插补周期)。当加减速距离过长、加工精度要求不高时,为了减少计算量,并能够针对不同精度要求对速度跃变“台阶”高度做出调整,使计算量和精度最合适,可以用每隔多步计算一次脉冲间隔时间的方法来改进离散算法。仿真结果表明,改进的加减速离散算法能够有效减少计算量,并能够较为真实地描述和还原速度和位移随时间的变化关系。

基于FPGA的变周期精插补器设计

传统的运动控制系统通常采用时间分割法以固定的周期进行插补运算,必然会产生速度波动误差和插补余量。本文在FPGA中设计的变周期精插补器可以较好地解决这些问题。变周期插补器由粗插补模块和变周期插补模块组成,可以实现直线、圆弧插补。最后加工实验表明,所设计的插补器使加工的平稳性和精度得到提高。

一种实时前瞻的微线段直接插补算法

结合匀变速DDA精插补算法、变插补周期技术和实时前瞻技术,提出了一种新的微线段直接插补算法.采用两级插补模式,粗插补由速度规划和实时前瞻任务构成,精插补采用匀变速DDA精插补算法.首先通过正、反向速度规划,计算各微线段允许的最大拐角速度;其次,根据前瞻数据量和微线段允许速度实时调整实际拐角速度;最后,调用匀变速DDA精插补算法实现脉冲输出.每个微线段不再由粗插补分割为更小的微线段,而是直接由精插补器来实现插补,故算法简单,精度高.实测结果表明,该算法无理论误差,精度高,加工效率较高.

一种匀变速DDA精插补算法的研究

在两级插补数控系统的变速阶段,由于传统DDA直线精插补算法在每个插补周期内速度保持恒定,因此在相邻两个插补周期之间存在速度跳跃的现象。针对这个问题笔者提出了一种匀变速DDA精插补算法,该算法能根据插补直线段的始末速度在一个插补周期内实现匀变速运动,以保证相邻两个插补周期之间速度连续。将其应用于传统的两级插补数控系统,可以显著减小电机的冲击,改善零件表面加工质量;将其与变插补周期技术相结合,可以大大简化复杂曲线的实时速度调整算法。

数控加工中两种插补原理及对应算法

在数控加工中,为了实现对具有直线、圆弧或者更加复杂曲线的零件轮廓的加工,采用了计算机插补。文中简单地介绍了数控加工中的插补原理以及针对每种原理的插补算法。

渐开线插补的时间分割法

渐开线插补的时间分割法采用若干等弦逼近实际的渐开线。通过插补运算计算出每个插补周期内X、Y轴的进给量控制相应轴的运动,且两插补点间距离相等以保证等线速进给。该运算可获得较高的插补精度和插补速度。

关于数据采样圆弧插补算法的研究

随着计算机技术和伺服技术的发展，闭环和半闭环以直流或交流伺服电动机为驱动装置的数控系统广泛采用数据采样插补。文章论述了数据采样插补算法的原理，分析了数据采样插补算法中的插补周期与位置控制周期的关系及如何选择插补周期和位置控制周期，着重阐述了数据采样圆弧插补的算法及其精度分析。

参数曲面的快速实时插补

提出了一种参数曲面的快速实时插补算法。该方法由离散化的三角平面片与行切平面的截交线判断并计算插补周期内的进给量,并据此得出初始插补点。该方法大大缩短了参数曲面实时插补的时间,明显提高了插补的效率。

微机定时系统及其在插补器设计中的应用

分析插补时钟的作用,日时钟和实时钟对插补器设计的影响,介绍基于实时钟的插补器硬件结构和程序基本框架,并给出实验验证结果。

一种适应插补离散化特性的微线段直接插补算法

由于插补的离散化特性,微线段内很难实现梯形速度控制,并存在最后一个插补点与线段终点不重合问题。提出一种新的算法,以连续微线段为研究对象,从两端向中间进行线段端点速度前瞻,然后在预定点进行速度衔接处理。速度前瞻通过正向规划和反向验证使拐点速度达到最大,从而规划出微线段端点速度。根据微线段的端点速度和长度调用基于变插补周期的线段内速度规划,完成整个速度处理。仿真结果表明:该算法能够实现离散插补过程的梯形加减速并消除了插补残余长度。

机床测头测量滞后时间补偿的应用研究

目前,随着高速高精加工的发展,使得提高机床测量精度已势在必行。针对触发式测头高速测量时发现的滞后时间问题,提出了一种补偿方法。根据高速I-O板卡反馈的时间戳信息,插值计算精确到微秒级的位置值;并缓存触碰前轴的反馈脉冲增量进行补偿。实验发现:补偿前随着进给速度增大,位置偏差增大,约0.05~0.35 mm,对应滞后时间为8~10个插补周期;补偿后偏差接近0,对应不到1个周期,从而显著降低了测头测量滞后时间,提高了机床测量精度。

经济型车床数控系统精插器的设计

本文重点介绍了精插补器的核心逻辑部件——二进制脉冲乘法器,详细讲解其逻辑原理及设计实现方法,同时还介绍了实用型数字脉冲发生器的逻辑原理图。实践证明该方法简单可靠,已应用于实现μ级精度的经济型车床数控系统。

脉冲进给系统的高平稳运动控制

数控系统插补产生的驱动脉冲序列特性直接影响到脉冲进给系统的运动平稳性。通过理论分析、建模仿真和试验验证系统研究脉冲进给系统的运动平稳性问题及其控制对策。在建立插补输出模型的基础上,从时域和频域剖析了其平稳性问题的本质;根据所揭示的精度、效率和平稳性之间的制约关系给出传统模式下实现平稳运动控制的途径;并从改变插补周期及多轴联动方式入手,突破传统数控的插补控制模式,提出全新的高平稳运动控制方案——随机周期独立轴自适应插补控制。大量的时域和频域仿真及实际加工试验验证所提算法的有效性。为改善数控设备的运动平稳性提供了理论依据和全新途径。

S形曲线加减速算法的研究

S形曲线加减速算法克服了传统的加减速算法在机床启动和加减速结束时存在加速度突变以及电机的柔性冲击。本文推导了S曲线加减速度算法,给出了速度、位移的计算通式。通过S曲线加减速算法的软件仿真,可以看出其速度曲线在变化过程中十分平滑,说明该算法柔性度较好,适用于高速切削加减速控制。

CNC装置中软件精插补器的研究

在分析了当今广泛用于ＣＮＣ装置的软、硬件两级插补控制机理的基础上，对用软件实现精插补控制的可行性进行了分析，并进行了试验验证。

曲轴切点跟踪磨削法控制误差分析研究

切点跟踪磨床通常采用直线电机带动砂轮架跟踪围绕主轴颈中心旋转的工件磨削曲轴连杆颈。研究从尺寸精度出发,推导出工件和砂轮架的位置关系式以及砂轮架进给速度和加速度的表达式,分析了砂轮架直线电机不同的插补周期和工件不同的转速对砂轮架速度、加速度以及对连杆颈圆度的影响,不同的工件最小分度角对连杆颈圆度的影响,为选择数控系统参数提供参考。