CN110286653A - 用于任意曲线运动s加减速控制的速度计算方法 - Google Patents

用于任意曲线运动s加减速控制的速度计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于任意曲线运动S加减速控制的速度计算方法，它属于运动控制计算领域。本发明计算方法是设接入运动控制***的驱动器最小响应时间为MINT，为保证运动控制驱动器能及时稳定地响应运动曲线段中的每一段S加速度，在计算曲线点速度vt时，加入最小时间MINT限定，从而保证曲线运动的整个过程中的任意S加减速段时间都能大于或等于驱动响应时间MINT；从而达到运动命令与运动结果一致，保证运动控制***平稳运动。最小时间限定公式：Vt=MINT*(2/π*acc)+v0。本发明能保证运动稳定的情况下能极大地提高运动速度，从而提高运动效率。

Description

用于任意曲线运动S加减速控制的速度计算方法
技术领域
本发明涉及一种计算方法，尤其是涉及一种用于任意曲线运动S加减速控制的速度计算方法，能以***的最高速度运动却又能保持运动***运动状态的稳定，从而提高运动效率，减小机械磨损的一种方法，它属于运动控制计算领域。
背景技术
近年来，运动控制技术有了较大的提高，并成功的将运动控制技术应用于各类自动或半自动控制设备；从而大幅度的节省人力，提高生产效率。
为了让运动平稳，运动控制器控制方式由T形加速改为S形加速度，大大地改善直线运动的稳定性，减少了机械的冲击力；但是在由多轴组成曲线插补运动控制***中遇到麻烦，尤其是不规则的任意曲线，由于形状多变，每个节点的限止速度不同，无法按照固定的S加速度模型计算，导致运动控制器无法以最优速度运动。本方法提供了一种可变的S加速度模型，很好地解决了不规则曲线运动速度计算问题。
运动控制器若只是实现理想的S形加速命令，不管S加速过程时间的长短，运动可能不能稳定输出、运动结果也可能不是运动控制器输出的命令状态，因为现实情况中所有的驱动器都有自己最小响应时间，若小于最小响应时间，驱动器运动就会失常。要想正常运动，就得任何时刻都符合驱动器的最小响应时间。有运动状态的改变，就有最小响应时间。本方法实现了曲线中任意S加速段都符合驱动器的最小响应时间。
传统的运动控制在遇到形状多变的曲线运动时，一般采用降速度，但牺牲的运动效率；一种采用离散点曲线拟合，拟合光滑后再计算速度，虽然也能提高效率，但计算复杂且计算时间长，需要强大的CPU做支撑，且不能解决所情况，因为有些曲线不能光滑。本方法计算量适中，由于切合了驱动器的最小响应时间，所以能以驱动器的最高响应速度进行运动，从而极大地提高了运动效率。
授权公告日为2015年05月06日，公告号为CN104597845A的中国专利中，公开了一种“一种用于高质量加工的样条曲线插补算法”该专利对数控加工曲线进行快速预插补，记录插补路径的长度和加/减速过程中的极大/小值点；计算加/减速过程的最大加速度和最大加加速度，并将加/减速过程分段，计算各段的二次多项式速度方程；实时插补阶段时根据预插补阶段得到速度方程，采用理论弦长逼近实际弦长的策略建立构造函数，估算插补参数的初值，构建抛物线插值多项式，再利用牛顿迭代法精确计算插补参数。速度规划采用了五段S曲线加减速控制算法，保证速度和加速度的连续变化，加加速度的有界变化，使机床运行平稳；插补参数的计算采用了抛物线插值结合牛顿迭代的方法，将实时插补产生的进给速度波动控制到理想水平，虽然该专利满足质量加工的需求，但是无法以最优速度运动，效率低，故其还是存在上述缺陷。
因此，提供一种能保证运动稳定的情况下能极大地提高运动速度，从而提高运动效率的用于任意曲线运动S加减速控制的速度计算方法，显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种能保证运动稳定的情况下能极大地提高运动速度，从而提高运动效率的用于任意曲线运动S加减速控制的速度计算方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该用于任意曲线运动S加减速控制的速度计算方法，其特征在于：曲线离散后S加速度的最终速度符合公式Vt= MINT*(2/π*acc)+v0；其中：MINT：全段S加速度时间，Vt：S加速最终速度，V0：S加速起点速度，acc：S加速度；以离散后曲线相邻的n点做为一个整体参与S加速度计算；参与计算的各点距离和大于或等于整段S加速、减速所需的长度。
作为优选，本发明所述MINT是驱动器的最小响应时间，在计算前由所用驱动类型决定。
作为优选，本发明所述acc在计算前由人工设定，acc越大加速越快，运动效率越高，但太高会导致机械振动。
作为优选，本发明所述曲线的各顶点速度由该点的转动角度决定，角度越大速度越小。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果： 能解决不规则曲线运动速度计算问题；能实现了曲线中任意S加速段都符合驱动器的最小响应时间；本方法计算量适中，由于切合了驱动器的最小响应时间，能以驱动器的最高响应速度进行运动，能保证运动稳定的情况下能极大地提高运动速度，从而提高运动效率。
附图说明
图1为本发明实施的曲线示意图 。
图2为本发明实施的速度计算流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图2，本实施例用于任意曲线运动S加减速控制的速度计算方法如下：曲线离散后S加速度的最终速度符合公式Vt = MINT*(2/π*acc)+v0；其中：MINT：全段S加速度时间，Vt：S加速最终速度，V0：S加速起点速度，acc：S加速度，π：3.1415926；以离散后曲线相邻的n点做为一个整体参与S加速度计算；参与计算的各点距离和大于或等于整段S加速、减速所需的长度。
本实施例的MINT是根据驱动器的最小响应时间确定的；acc在计算前由参数设定的，其后由程序根据MINT的限止自动修改，acc的改变不会超出初次设定。
本实施例计算完成曲线中的所有点，然后运动，计算步骤如下：
步骤一：计算图1 曲线各点的顶点速度Vt，根据速度与转角成反比计算。
步骤二：计算图1 曲线各点的长度Ds，为下一步确定该点在S加速过程中的速度Vx。
步骤三：根据预定加速度acc及驱动器最小限定时间计算出该S模型，该S模型有v0，Vt，Sarcs，Sacc_T，acc，start_v0，start_t，dt_t等8个参数。
V0：S加速度起始速度，Vt：S加速度终止速度，Sarcs：S加速度所需距离，Sacc_T：S加速全程时间，acc加速度，start_v0：顶点起始速度，start_t：顶点在S加速过程中的时刻；dt_t该线段在S加速过程中所耗时间。
根据顶点Ds及start_v0计算dt_t, 取得该点的Sacc速度Vx.。与该顶点速度Vt比较，若Vt<Vx， 则以 Vt为目标速度，重算acc，并返回到（步骤三）步运行重算S模型，直至该S加速段内所有点的顶点速度都满足条件。
以此类推，计算完成曲线中的所有点，然后运动。
本实施例中 “曲线离散”的解释：是根据精度来量化曲线的坐标点，是曲线在坐标系中的坐标点，是一条不光滑的曲线。
通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于任意曲线运动S加减速控制的速度计算方法，其特征在于：曲线离散后S加速度的最终速度符合公式Vt= MINT*(2/π*acc)+v0；其中：MINT：全段S加速度时间，Vt：S加速最终速度，V0：S加速起点速度，acc：S加速度；
以离散后曲线相邻的n点做为一个整体参与S加速度计算；参与计算的各点距离和大于或等于整段S加速、减速所需的长度。
2.根据权利要求 1 所述的用于任意曲线运动S加减速控制的速度计算方法，其特征在于：所述的MINT是根据驱动器的最小响应时间确定的。
3.根据权利要求 1 所述的用于任意曲线运动S加减速控制的速度计算方法，其特征在于：所述的acc在计算前由参数设定的，其后由程序根据MINT的限止自动修改，acc的改变不会超出初次设定。
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