参数曲线柔性加减速前瞻控制算法

针对参数曲线插补的特点,使用S形加减速和三角函数加减速相结合的柔性加减速方法对参数曲线的插补路径进行前瞻控制。在规划前瞻速度过程中,首先根据加工曲线的曲率变化自适应地将前瞻距离分为曲率上升段和曲率下降段。在对前瞻路径进行S形加减速规划时,遇到路径上曲率频繁变化段,为了减小计算量,采用三角函数加减速的方法对速度进行重新规划。这样,在满足机床加减速要求的同时降低了系统计算负荷。仿真结果和实例表明,该算法能够适应复杂曲线的变化,满足高速高精度插补的要求。

一种新型柔性加减速算法

针对传统的直线加减速和指数加减速算法在进给过程中存在柔性冲击的问题 ,提出了一种适用于高速进给的新型柔性加减速算法 ,采用三角函数构造加减速曲线 .对这种加减速模式进行了详细的分析和探讨 ,并提供了一种新型数控进给系统设计方法 .

伺服压力机柔性加减速控制算法

提出了一种伺服电动机柔性加减速控制算法,采用2个不同周期的三角函数叠加作为伺服电动机加减速构造函数,加减速所需的转矩与伺服电动机特性更好地匹配,能够降低系统对伺服电动机功率的要求。推导了伺服电动机位移、速度、加速度和加加速度数学表达式,并与三角函数加减速控制算法进行了比较。实验结果表明,该算法能够应用于伺服压力机加工工艺曲线规划设计。

B样条曲线柔性加减速前瞻控制算法的研究

针对B样条曲线插补过程中存在的柔性冲击、过切问题,采用四次多项式加减速与三角函数加减速相结合的方法对B样条曲线进行前瞻速度规划控制。首先,根据曲线曲率的变化情况找出速度规划中的速度敏感点。其次,在对前瞻路径进行四次多项式速度规划时,若遇到曲率频繁变化的曲线段,为了降低柔性冲击,使用三角函数加减速方法进行速度规划控制。最后,为了保证加工精度将弓高误差约束条件引入到速度规划分析中。仿真结果及实例表明,该方法能在保证加工精度的同时降低柔性冲击。

微段加工柔性加减速算法研究

提出了一种基于5阶段S型曲线柔性加减速的微段加工新方法,在保证加速度连续的条件下,无需对减速点进行判断,提高了加工效率。提出了两个微段自适应性加工模型。仿真和实验结果表明,在加工过程中,新方法提高了加工效率,且保证了加速度的连续,实现了柔性加工。

基于自适应前瞻和预测校正的实时柔性加减速控制算法

为了提高离散小线段的加工效率和质量,提出一种实时柔性加减速控制算法。该算法由三部分组成:前瞻处理部分利用加减速可行性判断条件,保证加减速可达和实时前瞻;速度规划部分在保证速度和加速度连续变化的条件下,实时计算下一插补周期的进给速度;动态修调部分对当前速度规划结果进行调整,及时响应加工中机床参数的改变。实验结果表明,该算法能够实现数控系统的实时柔性加减速控制,支持动态修调,满足实际加工的要求。

基于五次速度曲线的高柔性加减速前看算法

为了减小机床振动,提高连续小线段加工速度,提出了一种基于S型加减速的前看插补算法。采用五次多项式速度曲线,可以实现加速度和跃度的连续变化。首先根据NC代码的目标进给速度、机床动力性能和微段几何特征预求速度约束,然后反向扫描求解满足减速要求的速度约束,最后根据线段长度规划出约束之下的速度曲线,发送至位控模块进行实时运动控制。集成到三轴数控试验平台上试验,算法运行稳定,大大提高衔接速度,仿真结果表明加工时间比传统插补算法缩短了77.31%。

多项式拟合柔性加减速算法的研究

针对传统直线加减速和指数加减速算法在进给过程存在柔性冲击大的缺点,提出采用4次多项式对位移函数进行拟合,来构造加减速曲线的模式。并对这种模式进行详细的分析和探讨。

基于柔性加减速的重载运动平台的模糊PID控制

重载运动平台属于大惯量伺服运动系统,并且受到固有非线性摩擦的影响,常规的PID控制受摩擦干扰时控制效果不稳定,精度不高,且容易引起振荡,造成机械损伤,缩短机械结构的使用寿命。同时重载运动系统若直接对目标位置进行跟踪会有过大的超调,更难以保证高精度运动。针对这些情况,提出一种基于柔性加减速的模糊PID控制,对待测点之间的运动选择具有柔性加减速的跟踪轨迹曲线。仿真证明,该方法在提高控制精度的同时大大降低了系统振荡,获得了比常规PID更好的控制效果,有效地改善了系统的性能。

数控加工中S型曲线柔性加减速控制算法研究

针对数控加工中传统S型加减速算法加加速度存在阶跃的问题,提出了一种四阶S型曲线柔性加减速算法。首先在传统S型加减速控制的基础上,将加加速度的变化规律设计为三角形状连续变化,构建新的加减速控制模型;然后采用分类讨论和循环迭代相结合的方法进行算法求解,采用匀速补偿法克服不同精度要求下算法耗时不稳定的问题;最后通过MATLAB仿真和实例加工对所提出的算法进行验证。实验结果表明:所提出的算法解决了传统S型加减速算法加加速度存在阶跃的问题,在满足数控系统实时性要求的前提下,提高了数控加工的运动平稳性,为数控系统提供了一种可行实用的轨迹规划方案。

基于新型柔性加减速控制算法的前瞻插补研究

为解决数控系统处理连续微线段时启停频繁以及插补过程中加速度突变等问题,通过建立圆弧过渡转接模型,根据转折点处的约束条件规划出过渡圆弧处的最优衔接速度,基于新型柔性加减速控制算法对多轨迹段进行速度前瞻规划。经过实验验证,该前瞻插补算法输出的轨迹误差不超过系统给定的最大值,且速度和加速度曲线连续平滑,在满足加工要求的同时能最大限度地提高加工效率,达到了实验最初设计目的。

旋转惯导中的柔性加减速规划方法

旋转惯性导航系统不仅可以实现误差的旋转调制、航向跟踪等,还能利用自身转位机构实现自标定。为满足旋转惯性导航系统中旋转调制、航向跟踪以及自标定等过程对转位机构定位精度以及平稳性的较高要求,分析了旋转过程中由于超调等引起的转位机构角度误差对调制的影响,提出了基于S型柔性加减速的规划方法,并给出了解析过程。仿真和试验结果表明,基于S型柔性加减速的规划方法能够实现平稳连续的加减速过程,避免了转位机构启停过程的超调。相比于直接速度控制方法,其峰值电流降低为原来的约1/8左右,响应时间缩短了0.02 s。该方法提高了转位机构的定位精度和平稳性,为旋转控制算法的设计和改进提供了参考。

基于改进三角函数加减速的一步拐角过渡法

加减速控制是数控系统的关键技术之一,影响着零件加工时的高效性和平稳性,同时由于传统数控系统在加工复杂的曲线曲面时,需要生成的大量连续微线段,这不仅增加了数控系统的负担,且在拐角处仅G0连续,导致在拐角处频繁加减速和机床振动,降低零件加工效率和加工质量.两步法拐角过渡是先进行轨迹光顺再进行速度规划,不仅步骤繁琐,而且降低了加工效率.因此,针对传统三角函数中最大加加速度只存在峰值导致加工效率降低的问题,本文先对加减速连续性较好的传统三角函数加减速控制算法进行改进,以sin^(2)x作为加加速度的基函数建立加减速规划的模型,并在其运动模型中增加匀加加速度加减速阶段.针对数控加工中连续微线段拐角处加工效率低、插补轨迹连续性低的问题,提出了新的一步法拐角过渡方法.该方法是通过一步法拐角过渡算法在速度规划阶段直接完成轨迹光顺.最后根据轮廓误差和机床各轴动态性能的限制对过渡时间、速度、加速度及加加速度进行约束.实验证明,提出的方法能够进一步提高加工中的加减速柔性,能够利用最大加加速度持续加减速,且在保证加工效率的基础上提高伺服控制的跟随精度,使得误差检测的精度能够满足要求.

基于加减速时间控制的S形速度规划新算法研究

针对使用S形曲线加减速控制的7阶段模型时参数设定复杂以及使用困难的问题,提出了基于加减速时间控制的5阶段S曲线柔性加减速控制方法。S形曲线加减速控制的7阶段模型可以解决直线加减速方法中加速度、速度不连续导致的冲击问题,但是其规划参数的设定复杂,使用过程中容易出错。通过对原有的S形曲线加减速控制的7阶段模型进行分析,建立了加减速时间与加速度、加加速度的函数关系,在保证速度控制平稳运行的前提下,使参数设定大大简化,使用更为方便;同时,解决了基于加减速时间控制的规划方法无法适用的问题。仿真结果表明,利用基于加减速时间控制的5阶段模型控制方法可以在保证加速度、速度曲线连续,提高系统柔性的前提下,使参数设定更为简单直观,具有较高的实际应用价值。

高质量加工中四次多项式速度规划算法研究

通过分析数控机床加工时常用的速度规划算法,针对加工过程中由于加速/减速时速度不平滑、加速度及加加速度突变导致数控机床振动的问题,提出一种四次多项式加减速控制方法,并给出了四次速度方程的详细推导步骤,然后介绍了基于四次多项速度规划的参数曲线插补方法。该方法能保证数控机床在高速加工过程中的速度、加速度及加加速度实现连续变化,缓解高速加工产生的过冲。仿真实验表明,四次多项式速度规划算法能够使机床实现柔性加减速控制,从而满足高质量加工的要求。

基于路径夹角的加加速度可变前瞻算法研究

为提升数控系统中连续轨迹插补算法加减速的柔性控制,针对两段轨迹衔过渡问题,提出一种基于路径夹角的加加速度可变(Variable Jerk, VJ)前瞻算法。首先,根据四象限中上一段轨迹末点速度矢量与下一段起点速度矢量取值范围推导出相邻轨迹段衔接角计算公式;其次,采用正矢函数对路径夹角与轨迹段加加速度的映射;最终实现对轨迹段加加速度值的单独设定。以S曲线为例通过仿真验证所提出的路径夹角与加加速度前瞻控制策略,测试结果表明该算法能够有效设定不同路径夹角下,每段轨迹的加加速度值,保证进给速度并减少系统加减速冲击,提高运动控制系统柔性。

数控系统新参数域样条曲线加工算法

针对样条曲线参数域与时间域不一致,导致在数控系统的连续微段加工中,重构样条曲线无法快速递推插补,计算效率低;而直接等参数增量递推,又会带来节点速度突变、位置精度差的问题。故提出了实现参数域和插补周期数统一的域变换算法,建立了新参数域下的五次样条曲线,并且给出了基于该曲线的柔性加减速条件下节点切矢量及二阶导矢预计算,及曲线快速递推的算法。应用新算法的微段加工实验表明,加工效率提高了约3.3倍,而递推插补运算时间的减少到直接利用曲线公式插补的1/3。因此算法通过新型样条重构及快速递推提高了插补计算的速度,同时,在保证精度的条件下,基于新样条的速度规划减少了微段加工频繁加减速,提高了加工效率,提升了数控系统的性能。

基于曲率约束和位移补偿的NURBS曲线柔性高精插补方法

针对NURBS曲线插补过程中曲率极大值点附近进给速度容易超限和分段插补末端位移损失的问题,提出一种基于曲率约束和位移补偿的NURBS曲线柔性高精插补方法.首先根据NURBS曲线曲率极大值对曲线进行分段并计算每段弧长,结合曲线曲率变化和机床动力学性能得到进给速度约束;然后以加加速度渐变的柔性加减速方法进行速度控制,根据曲线分段长度和曲率采取对应的速度规划策略;在实时插补中,根据实际位移计算各插补周期的平均速度并对末端位移损失进行补偿,将连续的速度曲线离散为各周期的阶跃速度变化;最后以改进的牛顿迭代方法计算插补参数,输出插补点坐标.仿真实验结果表明,该方法可以有效地提高插补精度,降低速度波动.

S形加减速的嵌套式前瞻快速算法

前瞻处理功能是现代数控系统的标志性功能之一,前瞻算法设计直接关系到数控机床的加工效率和运动平稳性。针对目前广泛研究的S形加减速前瞻算法复杂、难以满足实时性要求的问题,从工程实现的角度设计了嵌套式自适应前瞻算法。依据S形加减速曲线的对称性建立了速度规划模型,通过对加速度等效曲线逼近提高了模型求解效率,给出了S形速度规划曲线构造和校验两主要运算阶段的解析解。以连续短直线加工为例,给出了完整的嵌套式快速前瞻算法和实例加工验证。实验结果表明,所提出的算法能获得全局最优运动效率,计算量不足传统方法的30%,结果精确,耗时稳定,能满足现代数控系统甚至是高速高精度数控系统对前瞻处理的实时性要求。给出的解析结果对S形加减速模型的求解有通用意义,可适用于连续短直线、二次曲线以及非均匀有理B样条曲线(NURBS)等参数曲线的S形加减速前瞻速度规划。

高速切削的刀位路径规划与控制策略

从 4个方面对高速切削路径规划进行了研究 ,在走刀方向的选择上提出以曲面平坦性为评价准则 ,以确定不同的走刀方向选取方案 .对于曲率变化大的曲面 ,建立曲面的最优进给方向图 ,以确定最优走刀方向 ;曲率变化小的曲面 ,以单条刀轨平均长度最长为原则 ,通过优化算法确定走刀方向 .研究了高速切削刀轨生成过程中加工策略的选择、插补、干涉处理等问题 ,选择适用于高速切削的层切法和行切法 ,提出了相应的插补方法 ,并提出了一种新的适合高速切削的干涉处理思路 .讨论了几种加减速模式 ,选取更适合高速切削特点的柔性加减速模式 .采用 CC插补提高表面质量 ,考虑机床工作性能 ,对进给速度。