[发明专利]一种非对称性四次曲线柔性加减速规划方法

说明书

一种非对称性四次曲线柔性加减速规划方法，属于数控加工运动控制领域。首先构建了新的加减速控制模型，然后给出了详细的算法实现方案，采用分类讨论和循环迭代相结合的方法进行算法实现，同时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，在无复杂函数运算、参数控制灵活、计算稳定可靠的基础上，解决了传统S型曲线加加速度存在阶跃的问题，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加减速规划方案。

技术领域

本发明属于数控加工运动控制领域，涉及一种非对称性四次曲线柔性加减速规划方法。

背景技术

随着工业现代化水平的不断发展，制造业对数控加工提出了更高的要求，数控系统正朝着高速高精、高可靠性方向发展，而加减速规划是影响数控系统性能的一项关键技术。

目前，工程上使用较多的是直线加减速和S型加减速。直线加减速实现简单、计算效率高，但是规划出的速度曲线平滑性差，一般只适用于低端数控系统。S型加减速控制可规划出速度和加速度均连续变化的轨迹曲线，满足一般的数控加工要求，然而S型加减速控制的加加速度在起点和终点以及正负值的转接点位置均存在突变，在高速加工中，会导致机床系统产生振动和冲击，因此很难满足高速高精度加工的要求。而当前存在的改进方案，仍存在一定的缺陷：(1)采用三角函数或指数函数类曲线进行改进，虽避免了加加速度阶跃，但影响了嵌入式系统的实时性和计算精度，在实际数控系统中很少使用；(2)加速阶段和减速阶段的非对称性只是起始速度和终点速度是不相等的，但是加速阶段与减速阶段的参数值是相等的，意味着加速过程和减速过程快慢不能分开控制，降低加减速控制方法的灵活性；(3)没有考虑系统精度的影响，一旦系统精度要求提高，计算量可能会倍增，从而造成系统不稳定。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种非对称性四次曲线柔性加减速规划方法。构建了新的加减速控制模型，并给出了详细的算法实现方案，在无复杂函数运算、参数控制灵活、计算稳定可靠的基础上，解决了传统S型曲线加加速度存在阶跃的问题。

本发明技术方案为：

一种非对称性四次曲线柔性加减速规划方法，步骤如下：

1、非对称性四次曲线柔性加减速规划模型构建

构建的加减速规划模型包含加速运动阶段、匀速运动阶段和减速运动阶段；加加速度的变化规律为三角形状连续变化，向上逐次积分得到加速度、速度和位移变化规律，规划出的加加速度、加速度、速度和位移分别是连续变化的一次、二次、三次和四次曲线；加速阶段和减速阶段的参数值均可不同，完整的加减速过程被划分为11个运动阶段，每个运动阶段都有相对应的参数函数表达式。

2、非对称性四次曲线柔性加减速规划实现方案

总体实现流程包括以下处理步骤：

S1，输入系统给定参数，包括：待加工路径长度L、起始速度V_s和终点速度V_e、机床运行最大速度V_max、加速运动阶段的最大加速度A_a和最大加加速度J_a、减速运动阶段的最大加速度A_d和最大加加速度J_d。

S2，取可达到的最大速度V_{max_act}＝V_max，校验此时加速阶段和减速阶段的最大加速度可达性，并分别求出加速阶段的位移长度S_a和减速阶段的位移长度S_d。

S3，判断待加工路径长度L与S_a+S_d的大小关系，从而校验机床运行最大速度V_max可达性，若机床运行最大速度可达，则实际可达到的最大速度取机床运行最大速度，并跳转至步骤S6；若机床运行最大速度不可达，至步骤S4。