CN103616848B - 改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法和系统。所述方法包括以下步骤：获取速度变化量；根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理。上述改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法和系统，根据速度变化量获取滤波系数，并根据滤波系数对速度进行滤波处理，改善速度的跳变，平滑速度，从而使得速度前馈的输出更加平滑，减少机床的振动。

Description

改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法和系统

技术领域

本发明涉及自动控制领域，特别是涉及一种改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法和系统。

背景技术

在工业生产中，通过多轴连续轨迹数控设备进行加工得到广泛的应用。该多轴连续轨迹数控设备由于运动轴的加减速或轨迹矢量方向变化导致单轴速度跳变，从而使速度前馈的输出跳变，容易引起机床的振动。

发明内容

基于此，有必要针对速度跳变引起机床振动的问题，提供一种改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法，能使速度前馈输出平滑，减少机床的振动。

此外，还有必要提供一种改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法，能使速度前馈输出平滑，减少机床的振动。

一种改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法，包括以下步骤：

获取速度变化量；

根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理。

在其中一个实施例中，所述根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理的步骤包括：

当所述速度变化量为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数为1，对速度不进行滤波；

当所述速度变化量不为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数小于1，对速度进行滤波处理。

在其中一个实施例中，所述根据所述速度变化率计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理的计算公式为：

d_n＝|x_n-y_n-1|

$f=\frac{1}{1+k*\left|\frac{4*d_n(d_n-a)}{a^2}\right|}$

y_n＝f*x_n+(1-f)*y_n-1

其中，a为预设加速度，x_n为n时刻的原始速度，y_n为n时刻经过滤波后的速度，k为可调系数，d_n为n时刻的速度变化量，f为自适应滤波器的滤波系数。

一种改善速度前馈的自适应滤波器的滤波系统，包括：

获取模块，用于获取速度变化量；

处理模块，用于根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理。

在其中一个实施例中，所述处理模块根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理，包括：

当所述速度变化量为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数为1，对速度不进行滤波；

当所述速度变化量不为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数小于1，对速度进行滤波处理。

在其中一个实施例中，所述根据所述速度变化率计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理的计算公式为：

d_n＝|x_n-y_n-1|

$f=\frac{1}{1+k*\left|\frac{4*d_n(d_n-a)}{a^2}\right|}$

y_n＝f*x_n+(1-f)*y_n-1

其中，a为预设加速度，x_n为n时刻的原始速度，y_n为n时刻经过滤波后的速度，k为可调系数，d_n为n时刻的速度变化量，f为自适应滤波器的滤波系数。

上述改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法和系统，根据速度变化量获取滤波系数，并根据滤波系数对速度进行滤波处理，改善速度的跳变，平滑速度，从而使得速度前馈的输出更加平滑，减少机床的振动。

附图说明

图1为一个实施例中改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法的流程图；

图2为当k为0.5，a为1时，随d_n变化的f值示意图；

图3为一个实施例中改善速度前馈的自适应滤波器的滤波系统的结构框图；

图4为未经过自适应滤波器滤波的X轴时间-速度的示意图；

图5为经过自适应滤波器滤波的X轴时间-速度的示意图；

图6为未经过自适应滤波器滤波的X轴时间-加速度的示意图；

图7为经过自适应滤波器滤波的X轴时间-加速度的示意图；

图8为未经过自适应滤波器滤波的Y轴时间-速度的示意图；

图9为经过自适应滤波器滤波的Y轴时间-速度的示意图；

图10为未经过自适应滤波器滤波的Y轴时间-加速度的示意图；

图11为经过自适应滤波器滤波的Y轴时间-加速度的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一个实施例中改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法的流程图。该改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法，包括以下步骤：

步骤102，获取速度变化量。

步骤104，根据该速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据该自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理。

本实施例中，该根据该速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据该自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理的步骤包括：

（1）当该速度变化量为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数为1，对速度不进行滤波。

具体的，速度变化量为零，即匀速运动。预设加速度可在实际加工中由用户根据设定，主要根据加工机床的性能和具体加工材料来确定。

（2）当该速度变化量不为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数小于1，对速度进行滤波处理。

本实施例中，该根据该速度变化率计算自适应滤波器的滤波系数，并根据该自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理的计算公式为：

d_n＝|x_n-y_n-1|

$f=\frac{1}{1+k*\left|\frac{4*d_n(d_n-a)}{a^2}\right|}$

y_n＝f*x_n+(1-f)*y_n-1

其中，a为预设加速度，x_n为n时刻的原始速度，y_n为n时刻经过滤波后的速度，k为可调系数，d_n为n时刻的速度变化量，f为自适应滤波器的滤波系数，y_n-1为(n-1)时刻经过滤波后的速度。

图2为当k为0.5，a为1时，随d_n变化的f值。由图2可知，当速度变化量为0或a时，滤波系数为1，即滤波输出为原始输入；当速度变化量小于a时，滤波系数当速度变化量大于a时，随着速度跳变量的增大，滤波系数以二阶函数形式不断减小，即滤波强度不断变大，使速度更加平滑，即速度变化量偏离0和a越远，滤波效果越明显。

上述改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法，根据速度变化量获取滤波系数，并根据滤波系数对速度进行滤波处理，改善速度的跳变，平滑速度，从而使得速度前馈的输出更加平滑，减少机床的振动。此外，通过预设加速度，并设计对应的滤波系数算法，更易调整滤波系数，控制速度平滑输出。

图3为一个实施例中改善速度前馈的自适应滤波器的滤波系统的结构框图。该改善速度前馈的自适应滤波器的滤波系统，包括获取模块320和处理模块340。其中：

获取模块320用于获取速度变化量。

处理模块340用于根据该速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据该自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理。

该处理模块340根据该速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据该自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理，包括：

（1）当该速度变化量为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数为1，对速度不进行滤波。

（2）当该速度变化量不为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数小于1，对速度进行滤波处理。

本实施例中，该根据该速度变化率计算自适应滤波器的滤波系数，并根据该自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理的计算公式为：

d_n＝|x_n-y_n-1|

$f=\frac{1}{1+k*\left|\frac{4*d_n(d_n-a)}{a^2}\right|}$

y_n＝f*x_n+(1-f)*y_n-1

其中，a为预设加速度，x_n为n时刻的原始速度，y_n为n时刻经过滤波后的速度，k为可调系数，d_n为n时刻的速度变化量，f为自适应滤波器的滤波系数，y_n-1为(n-1)时刻经过滤波后的速度。

上述改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法和系统应用于加工半径为10毫米圆形，取a=500mm/s²（毫米/秒²），k为0.01为例对速度和加速度值进行修正，得到对应的修正结果。图4为未经过自适应滤波器滤波的X轴时间-速度的示意图；图5为经过自适应滤波器滤波的X轴时间-速度的示意图；图6为未经过自适应滤波器滤波的X轴时间-加速度的示意图；图7为经过自适应滤波器滤波的X轴时间-加速度的示意图；图8为未经过自适应滤波器滤波的Y轴时间-速度的示意图；图9为经过自适应滤波器滤波的Y轴时间-速度的示意图；图10为未经过自适应滤波器滤波的Y轴时间-加速度的示意图；图11为经过自适应滤波器滤波的Y轴时间-加速度的示意图。图4、图5、图8和图9的横坐标为插补时间，单位为插补周期250微秒，纵坐标为速度值，单位为毫米/插补周期；图6、图7、图10和图11的横坐标为插补时间，单位为250微秒，纵坐标为加速度值，单位为毫米/插补周期²。从图6和图7可知，单轴速度的跳变即加速度明显减小。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法，包括以下步骤：

获取速度变化量；

根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理；

所述滤波系数根据预设加速度设计对应的滤波系数算法计算得出；

所述根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理的计算公式为：

d_n＝|x_n-y_n-1|

$f=\frac{1}{1+k*\left|\frac{4*d_n(d_n-a)}{a^2}\right|}$

y_n＝f*x_n+(1-f)*y_n-1

其中，a为预设加速度，x_n为n时刻的原始速度，y_n为n时刻经过滤波后的速度，k为可调系数，d_n为n时刻的速度变化量，f为自适应滤波器的滤波系数。

2.根据权利要求1所述的改善速度前馈的自适应滤波器的滤波方法，其特征在于，所述根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理的步骤包括：

当所述速度变化量为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数为1，对速度不进行滤波；

当所述速度变化量不为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数小于1，对速度进行滤波处理。

3.一种改善速度前馈的自适应滤波器的滤波系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取速度变化量；

处理模块，用于根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理；

所述滤波系数根据预设加速度设计对应的滤波系数算法计算得出；

所述根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理的计算公式为：

d_n＝|x_n-y_n-1|

$f=\frac{1}{1+k*\left|\frac{4*d_n(d_n-a)}{a^2}\right|}$

y_n＝f*x_n+(1-f)*y_n-1

其中，a为预设加速度，x_n为n时刻的原始速度，y_n为n时刻经过滤波后的速度，k为可调系数，d_n为n时刻的速度变化量，f为自适应滤波器的滤波系数。

4.根据权利要求3所述的改善速度前馈的自适应滤波器的滤波系统，其特征在于，所述处理模块根据所述速度变化量计算自适应滤波器的滤波系数，并根据所述自适应滤波器的滤波系数对速度进行滤波处理，包括：

当所述速度变化量为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数为1，对速度不进行滤波；

当所述速度变化量不为零或预设加速度，则自适应滤波器的滤波系数小于1，对速度进行滤波处理。