[发明专利]抛物线型跃度的数控装置高速进给速度规划方法及系统

权利要求书

1.一种抛物线型跃度的数控装置高速进给速度规划方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1)，引入跃度的导数即跳度，采用随时间线性变化的跳度构建抛物线型跃度；

所述的抛物线型跃度，将整个加减速过程划分为加加速阶段、恒加速阶段、减加速阶段、匀速阶段、加减速阶段、恒减速阶段及减减速阶段七个阶段；

根据进给速度规划参数，判断加减速过程分是否含有恒加速阶段，若含有恒加速阶段，存在临界行程s_cr1、s_cr2，则执行步骤2)；若不含恒加速阶段，存在临界行程s_cr3，则执行步骤3)；

步骤2)，所述的临界行程s_cr1，当实际进给行程满足Ls_cr1，规划的进给速度包含加减速规划的全部七个阶段，实际进给速度及进给加速度均能够达到设定的最大值；

所述临界行程s_cr1及s_cr2，当实际进给行程满足s_cr1Ls_cr2，规划的进给速度包含加减速规划的六个阶段，不含匀速阶段，实际进给加速度能够达到设定的最大值，而实际进给速度达不到设定的最大值；

所述的临界行程s_cr2，当实际进给行程满足s_cr2L，规划的进给速度包含加减速规划的四个阶段，不含匀速阶段、恒加速及恒减速阶段，实际进给加速度及实际进给速度都达不到设定的最大值；

步骤3)，所述的临界行程s_cr3，当实际进给行程满足Ls_cr3，规划的进给速度包含加减速规划的五个阶段，不含恒加速及恒减速阶段，实际进给加速度达不到设定的最大值，而实际进给速度可达到设定的最大值；

所述临界行程s_cr3，当实际进给行程满足Ls_cr3，规划的进给速度包含加减速规划的四个阶段，不含匀速阶段、恒加速及恒减速阶段，实际进给加速度达及实际进给速度都达不到设定的最大值。

2.如权利要求1所述抛物线型跃度的数控装置高速进给速度规划方法，其特征是，步骤1)，取jounce、jerk、a、v、s、t分别表示跳度、跃度、加速度、速度、位移、时间；T₁…T₇为每个阶段内总运动时间称为该阶段的绝对运动时间；t₁…t₇为每个阶段内从起点计算的时间变量称为该阶段的相对运动时间；

记f_s、f_e为加速开始及结束的速度；f_1e…f_7e为每个阶段末的速度；s_1e…s_7e为每个阶段末的位移；F为指令速度；A为速度变迁允许的最大加速度绝对值；J为速度变迁允许的最大跃度绝对值；及s(t)分别为跳度、跃度、加速度、速度及位移的时间函数；取对称的加减速过程，用式(1)定义跳度分段线性连续的进给运动；

式(1)中，k₁₁、k₁₂、k₃₁、k₃₂、k₅₁、k₅₂、k₇₁及k₇₂分别为待定系数；对式(1)积分，得跃度表达式(2)；

式(2)中，k₁₃、k₃₃、k₅₃、k₇₃分别为待定系数；在加减速过程中，考虑第1、3、5、7阶段初始跃度为零，则有

k₁₃＝k₃₃＝k₅₃＝k₇₃＝0 (3)

考虑第1、3、5、7阶段结束跃度为零，取第1、3、5、7阶段中间时刻跃度达到机床动力学性能允许的最大值J，注意到第1、3、5、7阶段结束跃度为零恰好满足第1、3、5、7阶段中间时刻跃度达到最大值J要求，以第1阶段跃度为例，将该约束条件代入式(2)得到

解之得

同理可得

将式(3)～(5)代入到式(1)、式(2)中，得跳度及跃度表达式(6)、(7)；

对跃度表达式(7)积分，得加速度表达式(8)；

对式(8)积分，得到速度表达式(9)；

对式(9)积分，得到位移表达式(10)；

将各阶段的绝对运动时间T₁…T₇分别代入式(9)和(10)得，得各运动阶段末的速度、位移表达式(11)及(12)；

设取进给运动起止的速度为零；由式(8)知，在第1阶段末加速度如果能够达到最大值，则有

得到

由速度表达式(11)知，在第3阶段末速度如果等于指令速度，则有

根据式(14)将进给速度变化过程分成两种类型，T₂≥0，则进给速度变化过程含有匀加速阶段，否则进给速度变化过程不含匀加速阶段。