[发明专利]基于自适应前瞻和预测校正的实时柔性加减速控制算法

说明书

本发明涉及一种基于自适应前瞻和预测校正的实时柔性加减速控制算法，包括以下步骤：采用加减速可行性判断条件进行前瞻处理，保证加减速的可达性和前瞻的实时性；应用预测校正方法实时计算下一插补周期的进给速度，保证加工过程中速度、加速度的连续变化；在满足机床动态性能的前提下，对当前前瞻处理结果和速度规划结果进行调整，及时地响应加工中机床参数的改变。本发明加工速度和加工精度高。本发明能够实现数控系统的实时柔性加减速控制，支持动态修调，提高加工效率和加工质量，满足实际加工要求。

技术领域

本发明涉及高速高质量加工中自适应前瞻，实时柔性速度规划及动态修调，属于数控加工技术领域。

背景技术

速度规划技术是高档数控系统运动轨迹控制关键技术之一，是评价数控系统性能的重要指标，直接影响着数控机床的加工效率和加工质量。目前，高速、高质量加工对数控机床的加减速控制能力提出了更高的要求，一方面要求刀具能够在最短的时间内，从当前位置点精确地移动到下一位置点；另一方面要求在刀具移动的过程中，保证数控机床平稳运行，避免因超过机床最大加减速能力而引起冲击、失步、超程或振动。

近年来，国内外学者针对速度规划技术做了大量研究，常见的规划方式有直线加减速控制方法和指数加减速控制方法。这两种方式控制简单，计算量小，但存在加速度频繁突变的情况，导致机床振动。Erkorkrnaz提出S型曲线加减速控制算法，通过将加速度的变化率限制在某一范围内，减小对机床的冲击，但加加速度依然存在突变。冷洪滨采用三次多项式型替代S型进行速度规划，实现了在加减速过程中加加速度的连续，但在加减速的开始和结束处仍然存在加加速度突变的情况。因此，一些研究人员提出四次多项式型、五次多项式型和三角函数型加减速算法，进一步提高柔性控制，实现速度、加速度和加加速度的平滑控制。但上述方法的实现过程比较复杂，涉及到多个参数，需要大量的时间进行数值计算。这些算法多采用离线的方式进行速度规划，而且在加工过程中，当加工参数发生改变时，数控机床无法及时地做出响应，不能很好地满足实际加工需求。

发明内容

针对上述技术不足，本发明的目的是提供一种速度规划方法，通过采用前瞻和预测校正的方式，实时地计算下一插补周期的进给速度，实现实时最优速度规划，提高加工效率，同时动态修调能够保证进给速度及时地进行响应，满足实际加工需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于自适应前瞻和预测校正的实时柔性加减速控制算法，包括以下步骤：

前瞻处理：确定加工路径中相邻小线段拐角处的最大进给速度；

预测校正实时速度规划：利用前瞻处理，以预测的方式，计算下一插补周期进给速度，并依据机床动态性能，校正下一插补周期的速度、加速度和加加速度；

动态修调处理：对当前前瞻处理结果和预测校正实时速度规划结果进行调整，用于及时响应加工中机床参数的改变，实现实时加减速控制。

所述预测校正实时速度规划包括以下步骤：

2-1)预测减速处理；

2-2)加速处理；

2-3)减速处理。

所述预测减速处理具体为：