CN113359884A

CN113359884A - 直线往复运动的速度控制方法、装置以及电子设备

Info

Publication number: CN113359884A
Application number: CN202010141927.2A
Authority: CN
Inventors: 张腾; 张贻弓; 沈长鹏; 张小艺; 刘鹏
Original assignee: Lanjian Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Lanjian Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-09-07

Abstract

本申请提供了一种直线往复运动的速度控制方法、装置以及电子设备，涉及速度控制技术领域，解决了直线往复运动加速度较大导致柔性冲击使其运行稳定性较低的技术问题。该方法包括：基于预设速度平滑程度确定直线往复运动的急动度连续变化曲线；根据所述急动度连续变化曲线确定直线往复运动的加速度变化曲线；根据所述加速度变化曲线确定直线往复运动的速度变化曲线；基于所述速度变化曲线控制直线往复运动的运行。

Description

直线往复运动的速度控制方法、装置以及电子设备

技术领域

本申请涉及速度控制技术领域，尤其是涉及一种直线往复运动的速度控制方法、装置以及电子设备。

背景技术

一般情况下，很多物体运行的都是直线往复运动。例如，穿梭车、堆垛机等的行走，便是直线往复运动。目前，现有的穿梭车的运行情况，是利用伺服内部的位置环作T型曲线，以实现穿梭车的运行。

但是，在实际运行过程中，如果该物体如穿梭车的运行加速度过大，会导致较大的柔性冲击，使穿梭车运行稳定性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直线往复运动的速度控制方法、装置以及电子设备，以解决直线往复运动加速度较大导致柔性冲击使其运行稳定性较低的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种直线往复运动的速度控制方法，所述方法包括：

基于预设速度平滑程度确定直线往复运动的急动度连续变化曲线；

根据所述急动度连续变化曲线确定直线往复运动的加速度变化曲线；

根据所述加速度变化曲线确定直线往复运动的速度变化曲线；

基于所述速度变化曲线控制直线往复运动的运行。

在一个可能的实现中，基于所述速度变化曲线控制直线往复运动的运行的步骤之前，还包括：

基于所述急动度连续变化曲线、所述加速度变化曲线以及所述速度变化曲线，形成直线往复运动的四阶速度曲线。

在一个可能的实现中，基于所述速度变化曲线控制直线往复运动的运行的步骤，包括：

基于所述四阶速度曲线通过前馈反馈控制的控制器，生成闭环速度曲线；

根据所述闭环速度曲线对直线往复运动的速度进行闭环控制。

在一个可能的实现中，根据所述闭环速度曲线对直线往复运动的速度进行闭环控制的步骤，包括：

根据所述闭环速度曲线，基于直线往复运动的当前运动位置利用预设位置速度公式确定直线往复运动的当前控制速度；

根据所述当前控制速度对直线往复运动的速度进行闭环控制；

所述预设位置速度公式为：V＝K_p(S₀-S_b)+K_f(S₁-S₀)；

其中，V表示当前时刻设定值；K_p表示位置环比例参数；K_f表示前馈系数；S₀表示当时周期指令位置；S₁表示下一周期指令位置；S_b表示当前时刻实际位置。

第二方面，提供了一种直线往复运动的速度控制装置，所述装置包括：

第一确定模块，用于基于预设速度平滑程度确定直线往复运动的急动度连续变化曲线；

第二确定模块，用于根据所述急动度连续变化曲线确定直线往复运动的加速度变化曲线；

第三确定模块，用于根据所述加速度变化曲线确定直线往复运动的速度变化曲线；

控制模块，用于基于所述速度变化曲线控制直线往复运动的运行。

形成模块，用于基于所述急动度连续变化曲线、所述加速度变化曲线以及所述速度变化曲线，形成直线往复运动的四阶速度曲线。

在一个可能的实现中，所述控制模块包括：

生成单元，用于基于所述四阶速度曲线通过前馈反馈控制的控制器，生成闭环速度曲线；

闭环控制单元，用于根据所述闭环速度曲线对直线往复运动的速度进行闭环控制。

在一个可能的实现中，所述闭环控制单元具体用于：

所述预设位置速度公式为：请实施例又提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的第一方面所述方法。

第四方面，本申请实施例又提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述的第一方面所述方法。

本申请实施例带来了以下有益效果：

本申请实施例提供的一种直线往复运动的速度控制方法、装置以及电子设备，能够基于预设速度平滑程度确定直线往复运动的急动度连续变化曲线，然后，根据急动度连续变化曲线确定直线往复运动的加速度变化曲线，之后根据加速度变化曲线确定直线往复运动的速度变化曲线，最后基于速度变化曲线控制直线往复运动的运行，本方案中，通过从连续的急动度连续变化曲线开始确定加速度变化曲线再确定速度变化曲线，使急动度从零到预设值的变化具有了连续的过渡阶段，急动度的变化不再是越变的情况，即使运行加速度较大也能够使速度的切换更加的平滑，以大幅度降低速度切换的冲击，使直线往复运动的从运行到停止的停过程更稳定，避免了柔性冲击现象，使直线往复运动的物体准确的跑到预设位置。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的直线往复运动的速度控制方法的流程图示意图；

图2为本申请实施例提供的直线往复运动的速度控制方法中，四阶的速度变化曲线、加速度变化曲线以及急动度连续变化曲线的一个示例；

图3为本申请实施例提供的二阶的速度线与加速度线的示意图；

图4为本申请实施例提供的三阶的速度线、加速度线与急动度线的示意图；

图5为本申请实施例提供的一种直线往复运动的速度控制装置的结构示意图；

图6为示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，穿梭车、堆垛机行走的是直线往复运动。对于穿梭车现有的运行速度控制过程，一部分是以穿梭车外置编码器通过T型速度曲线结合反馈PID控制器来实现位置环控制，一部分是以外置编码器通过三阶S型速度曲线结合反馈PID控制器来实现位置环控制。

而穿梭车通过轮式移动过程中，加速度过大会导致车体柔性冲击严重，跑不到预设的位置。现有的穿梭车运行速度控制过程只是通过伺服内部闭环来实现位置定位，不能对整体设备进行闭环控制，柔性冲击等现象不能避免。穿梭车通过轮式移动过程中，加速度过大会导致车体柔性冲击较为严重，跑不到预设的位置。由于速度切换越变较大而并不平滑，使速度切换冲击较大，导致穿梭车运行稳定性较低。因此，现有技术不是四阶S曲线技术，平滑度不高，有越变冲击。

基于此，本申请实施例提供了一种直线往复运动的速度控制方法、装置以及电子设备，通过该方法可以解决直线往复运动加速度较大导致柔性冲击使其运行稳定性较低的技术问题。

下面结合附图对本发明实施例进行进一步地介绍。

图1为本申请实施例提供的一种直线往复运动的速度控制方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：

步骤S110，基于预设速度平滑程度确定直线往复运动的急动度连续变化曲线。

其中，急动度也叫力变率，是加速度随时间的变化率，即位矢对时间的三阶导数。需要说明的是，一般描述质点运动的主要变量是位置，通常用x表示，从一个已知的定点到研究点的距离用米为单位来量度。在力学中，位置的几个导出量可以更加精细地描述质点的运动状态。第一个导出量是速度或v，定义为位置对时间的变化率，以m/s为单位来量度。第二个导出量是加速度或a，俗称“加快”，定义为速度对时间的变化率。加速度用m/s2为单位来量度(重力使落体每经过1秒，速度增加9.8m/s；这也说明为什么用麻烦的单位来量度加速度)。急动度或j是第三个位置导出量，用来描述加速度本身的变化方式；是用更笨拙的m/s3为单位。借助x、v、 a和j这几个量，可以将日常生活中遇到的大部分运动进行分类。

对于急动度连续变化曲线，示例性的，如图2所示，Jmax/T曲线可以为急动度连续变化曲线。

步骤S120，根据急动度连续变化曲线确定直线往复运动的加速度变化曲线。

对于加速度变化曲线，示例性的，如图2所示，加速度变化曲线可以为图中的amax/T曲线。

步骤S130，根据加速度变化曲线确定直线往复运动的速度变化曲线。

对于速度变化曲线，示例性的，如图2所示，速度变化曲线可以为图中的Vmax/T曲线。

步骤S140，基于速度变化曲线控制直线往复运动的运行。

通过本申请实施例提供的直线往复运动的速度控制方法，实现了将现有的二阶速度变化曲线、三阶速度变化曲线提升为四阶的急动度连续变化曲线，且该急动度连续变化曲线是连续的曲线，使急动度从零到预设值的变化具有了过渡阶段，实现了急动度的变化不再是越变的，相较于仅三阶的加速度变化曲线，速度的切换更加的平滑，以大幅度降低速度切换的冲击，使穿梭车从运行到停止的停过程更稳定，避免柔性冲击现象。

下面对上述步骤进行详细介绍。

在一些实施例中，在步骤S140之前，该方法还可以包括以下步骤：

步骤a)，基于急动度连续变化曲线、加速度变化曲线以及速度变化曲线，形成直线往复运动的四阶速度曲线。

本申请实施例中的速度变化曲线、加速度变化曲线以及急动度变化曲线可以组成穿梭车的四阶S曲线。例如，图2中的Vmax/T曲线、amax/T 曲线以及Jmax/T曲线形成了四阶S曲线。

由于在穿梭车、堆垛机等的往复直线运动中，阶数越高，速度切换越平滑。通过本申请实施例提供的四阶S曲线，能够使穿梭车的速度切换更加的平滑。

本申请实施例还提供了二阶的速度曲线以及三阶的加速度曲线。对于二阶的T型速度线，如图3所示，二阶的加速度线的加速度并不连续，是越变的，直接从0到预设值，或从预设值到0，速度冲击比较大；对于三阶的S曲线，如图4所示，三阶的急动度线不是连续的，是越变的情况，直接从0到预设值，速度冲击相比于二阶较小，但是还是存在。

基于步骤a)，上述步骤S140可以包括如下步骤：

步骤b)，基于四阶速度曲线通过前馈反馈控制的控制器，生成闭环速度曲线；

步骤c)，根据闭环速度曲线对直线往复运动的速度运行进行闭环控制。

本申请实施例中，将四阶速度曲线与前馈-反馈控制器的控制相结合，生成了穿梭车的双闭环四阶S曲线，实现了对穿梭车整体运行的闭环控制，以避免穿梭车的柔性冲击等现象。

基于步骤b)与步骤c)，上述步骤c)可以包括如下步骤：

步骤d)，根据闭环速度曲线，基于直线往复运动的当前运动位置利用预设位置速度公式确定直线往复运动的当前控制速度；

步骤e)，根据当前控制速度对直线往复运动的速度进行闭环控制；

预设位置速度公式为：V＝K_p(S₀-S_b)+K_f(S₁-S₀)；

通过上述预设位置速度公式，能够基于穿梭车的当前位置更加精确的计算出穿梭车位于当前位置时需要控制的运行速度，以对穿梭车的运行速度进行更加准确的控制。

图5提供了一种直线往复运动的速度控制装置的结构示意图。如图5 所示，直线往复运动的速度控制装置500包括：

第一确定模块501，用于基于预设速度平滑程度确定直线往复运动的急动度连续变化曲线；

第二确定模块502，用于根据急动度连续变化曲线确定直线往复运动的加速度变化曲线；

第三确定模块503，用于根据加速度变化曲线确定直线往复运动的速度变化曲线；

控制模块504，用于基于速度变化曲线控制直线往复运动的运行。

在一些实施例中，装置还包括：

形成模块，用于基于急动度连续变化曲线、加速度变化曲线以及速度变化曲线，得到直线往复运动的四阶速度曲线。

在一些实施例中，控制模块包括：

生成单元，用于基于四阶速度曲线通过前馈反馈控制的控制器，生成闭环速度曲线；

闭环控制单元，用于根据闭环速度曲线对直线往复运动的速度进行闭环控制。

在一些实施例中，闭环控制单元具体用于：

根据闭环速度曲线，基于直线往复运动的当前运动位置利用预设位置速度公式确定直线往复运动的当前控制速度；

根据当前控制速度对直线往复运动的速度进行闭环控制；

预设位置速度公式为：V＝K_p(S₀-S_b)+K_f(S₁-S₀)；

本申请实施例提供的直线往复运动的速度控制装置，与上述实施例提供的直线往复运动的速度控制方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

如图6所示，本申请实施例提供的一种计算机设备600，包括：处理器 601、存储器602和总线，所述存储器602存储有所述处理器601可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器601与所述存储器602之间通过总线通信，所述处理器601执行所述机器可读指令，以执行如上述直线往复运动的速度控制方法的步骤。

具体地，上述存储器602和处理器601能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器601运行存储器602存储的计算机程序时，能够执行上述直线往复运动的速度控制方法。

其中，处理器601可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器601中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器601可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称 ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器 602，处理器601读取存储器602中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

对应于上述直线往复运动的速度控制方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述直线往复运动的速度控制方法的步骤。

本申请实施例所提供的直线往复运动的速度控制装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的***、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

又例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述直线往复运动的速度控制方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种直线往复运动的速度控制方法，其特征在于，所述方法包括：

基于所述速度变化曲线控制直线往复运动的运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述速度变化曲线控制直线往复运动的运行的步骤之前，还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述速度变化曲线控制直线往复运动的运行的步骤，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述闭环速度曲线对直线往复运动的速度进行闭环控制的步骤，包括：

所述预设位置速度公式为：V＝K_p(S₀-S_b)+K_f(S₁-S₀)；

5.一种直线往复运动的速度控制装置，其特征在于，所述装置包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述闭环控制单元具体用于：

所述预设位置速度公式为：V＝K_p(S₀-S_b)+K_f(S₁-S₀)；

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至4任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行所述权利要求1至4任一项所述的方法。