CN103970073A - 一种用于数控系统的加减速规划方法、装置及数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于数控系统的加减速规划方法、装置及数控机床，所述方法包括：对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；对T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；根据调整后的时间段重新获取T型曲线速度规划的目标速度；根据目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。本发明能精确解决圆整误差，消除机床抖动问题，同时本发明避免了对操作设备进行速度规划时求解高次方程的复杂繁琐的步骤，使得整个数控系统的速度规划效率得到大幅提高，而且方法相对简便易于实现。

Description

一种用于数控系统的加减速规划方法、装置及数控机床

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，具体涉及一种用于数控系统的加减速规划方法、装置及数控机床。

背景技术

在自动化控制领域中，数控机床、工业机器人等设备的数控系统中均会涉及到速度规划的环节，以保证机床、工业机器人等设备高效、平稳的工作。

数控系统通常采用T型曲线速度规划和S型曲线速度规划对系统进行加减速规划，T型曲线速度规划虽然计算量小，编程简单，但是由于曲线各时间段可能不是插补周期的整数倍，则各时间段最后一个插补周期，速度及加速度会有突变，尤其在最后阶段，如果最后一步插补步长远小于一个周期步长，则速度及加速度突变会很大，则会造成加工过程中的抖动问题。

如图1所示，T型曲线加减速规划是让速度曲线线性且连续变化。T型曲线加减速规划一共分为3个时间段：匀加速，匀速和匀减速阶段。这三个时间段的时间长度分别记作T₁～T₃，每个时间段的曲线长度为l₁～l₃，每个时间段末点时间记作t₁～t₃。其中加速度最大值a_max及最大减速度d_max由机床电机参数决定。另外，用户指定曲线的初速度f_s，目标速度f，终点速度f_e以及曲线长度L。这样根据这些条件计算T₁～T₃的值，即可完成T型曲线加减速规划。设数控系统的插补周期为T，由以上参数计算得到的T₁～T₃的时间长度，不能保证正好是插补周期的整数倍，这样在插补的最后一步，需要走的步长为□l，剩下的时间为□t，速度为。但是电机输入是以插补周期为时间单位进行的，所以在插补周期内实际速度如果□t和T差距较大，则f′_final与f_final差距就会很大，这样就会造成最后一个插补周期的速度突变。

现有圆整误差补偿方法的核心思想是对每时间段曲线，在段与段衔接的地方调整求得的时间值，然后再根据调整后的时间进行速度规划。调整时间的方法具体如图2所示，T₁与T₂时间段分别有：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1=n_{1}T+{\mathrm{\&Delta;t}}_1,0<{\mathrm{\&Delta;t}}_1<T\\ T_2={\mathrm{\&Delta;t}}_1^{\&prime;}+n_{2}T+{\mathrm{\&Delta;t}}_2,0<{\mathrm{\&Delta;t}}_2<T\end{array}\right.---\left(1\right)$

在T₁与T₂衔接处，用T₂阶段的时间□t′₁将T₁最后一个插补周期补整，同理用T₃阶段的时间□t′₂将T₂最后一个插补周期补整，即调整后新的时间段：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1^{\&prime;}=n_{1}T+{\mathrm{\&Delta;t}}_1+{\mathrm{\&Delta;t}}_1^{\&prime;},0<{\mathrm{\&Delta;t}}_1<T\\ T_2^{\&prime;}=n_{2}T+{\mathrm{\&Delta;t}}_2+{\mathrm{\&Delta;t}}_2^{\&prime;},0<{\mathrm{\&Delta;t}}_2<T\end{array}\right.---\left(2\right)$

时间段T′₃,T′₄,T′₅,T′₆,T′₇可类似求出，调整时间段后再通过相应距离与时间公式可求出速度曲线。

对于单段曲线，T₁□T₆可以通过上述方法调整，但是对最后一个阶段T₇，无法用上述方法进行调整，因为T₇之后已经没有下一个时间段。这时有两种方式调整T₇，一种是将T₇最后一个周期时间Δt₇舍去，T′₇=T₇-Δt₇，曲线全长减少Δt₇时间内所走的长度；另外一种是将Δt₇补整，T′₇=T₇+(T-Δt₇)，曲线全长增加T-Δt₇时间内所走长度。这两种方式都会造成终点距离的误差。

虽然现有圆整误差补偿方法在每个时间段衔接处进行了补整，但是在衔接处的周期内仍然存在误差，这个误差将会影响之后的时间段。如在第一个时间段T′₁，其最后一个插补周期Δt₁+Δt′₁内，在前半部分Δt₁时间内，是加加速运动；在后半部分时间Δt′₁时间内，是匀加速运动。在计算这段时间的距离时，实际是整个Δt₁+Δt′₁时间内按照加加速来进行的，这样计算的速度和距离都会偏大，对后续时间段的速度和距离计算造成误差影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于数控系统的加减速规划方法、装置及数控机床，其能精确解决圆整误差，消除机床抖动问题。

所述用于数控系统的加减速规划方法，包括：

对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；

对所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；

根据调整后的时间段重新获取所述T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度；

根据所述目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。

所述用于数控系统的加减速规划装置包括：

速度规划模块，用于对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；

圆整补偿模块，用于对所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；

目标速度获取模块，用于根据调整后的时间段重新计算所述T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度；

轨迹调整模块，用于根据所述目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。

所述数控机床，包括控制装置、驱动装置和电源装置，所述电源装置向该数控机床供电，所述控制装置控制所述驱动装置驱动数控机床的操作设备进行运作，该数控机床还包括对加减速规划装置，所述加减速规划装置包括：

速度规划模块，用于对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；

圆整补偿模块，用于对所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；

目标速度获取模块，用于根据调整后的时间段重新计算所述T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度；

轨迹调整模块，用于根据所述目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的用于数控系统的加减速规划方法及装置，其首先对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，然后对T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；根据调整后的时间段重新获取所述T型曲线速度规划的目标速度，并重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。本发明在不改变初速度、终点速度以及曲线长度的前提下，对目标速度和加速度、减速 度进行微调，基于每个时间段的调整相互独立，以目标速度、加速度和减速度精度损失来换取精确的时间精度和距离精度。在实际机床加工中，加速度和目标速度的精度要求较低，对距离精度要求较高，同时时间精度会影响速度突变及抖动问题。本发明保证了距离精度和时间精度，只损失了并不关键的目标速度和加速度精度。经过圆整补偿后的机床消除了抖动问题，而且实用性更强。同时本发明运算简单，不存在高次运算，运算量少，运算速度高，精确解决圆整误差，消除抖动问题。

本发明避免了对操作设备进行速度规划时求解高次方程的复杂繁琐的步骤，使得整个数控系统的速度规划效率得到大幅提高，而且方法相对简便易于实现。即使对于实际加工路径长度很小的情况下，也能很快速很准确的得到符合该路径规划的最佳速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为传统的T曲线加减速规划的加速度、速度以及轨迹曲线图；

图2为现有的T曲线加减速规划方法中对时间段进行调整的示意图；

图3为本发明实施例一提供的用于数控系统的加减速规划方法的流程图；

图4为本发明实施例二提供的用于数控系统的加减速规划装置的结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的数控机床的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种用于数控系统的加减速规划方法，包括：

对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；

对T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；

根据调整后的时间段重新获取T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度；

根据目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。

本实施例提供的用于数控系统的加减速规划方法在不改变初速度、终点速度以及曲线长度的前提下，对目标速度和加速度、减速度进行微调，基于每个时间段的调整相互独立，以目标速度、加速度和减速度精度损失来换取精确的时间精度和距离精度。在实际机床加工中，加速度和目标速度的精度要求较低，对距离精度要求较高，同时时间精度会影响速度突变及抖动问题。本发明保证了距离精度和时间精度，只损失了并不关键的目标速度和加速度精度。经过圆整补偿后的机床消除了抖动问题，而且实用性更强。同时本发明运算简单，不存在高次运算，运算量少，运算速度高，精确解决圆整误差，消除抖动问题。本发明实施例避免了对操作设备进行速度规划时求解高次方程的复杂繁琐的步骤，使得整个数控系统的速度规划效率得到大幅提高，而且方法相对简便易于实现。即使对于实际加工路径长度很小的情况下，也能很快速很准确的得到符合该路径规划的最佳速度。

本发明实施例提供的一种用于数控系统的加减速规划装置包括：

速度规划模块，用于对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；

圆整补偿模块，用于对T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；

目标速度获取模块，用于根据调整后的时间段重新计算T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度；

轨迹调整模块，用于根据目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。

本实施例提供的用于数控系统的加减速规划方法在不改变初速度、终点速度以及曲线长度的前提下，对目标速度和加速度、减速度进行微调，基于每个时间段的调整相互独立，以目标速度、加速度和减速度精度损失来换取精确的时间精度和距离精度。在实际机床加工中，加速度和目标速度的精度要求较低，对距离精度要求较高，同时时间精度会影响速度突变及抖动问题。本发明保证了距离精度和时间精度，只损失了并不关键的目标速度和加速度精度。经过圆整补偿后的机床消除了抖动问题，而且实用性更强。同时本发明运算简单，不存在高次运算，运算量少，运算速度高，精确解决圆整误差，消除抖动问题。本发明实施例避免了对操作设备进行速度规划时求解高次方程的复杂繁琐的步骤，使得整个数控系统的速度规划效率得到大幅提高，而且方法相对简便易于实现。即使对于实际加工路径长度很小的情况下，也能很快速很准确的得到符合该路径规划的最佳速度。

本发明实施例提供的数控机床，包括控制装置、驱动装置和电源装置，电源装置向该数控机床供电，控制装置控制所述驱动装置驱动数控机床的操作设备进行运作，与现有技术区别之处在于，该数控机床还包括对加减速规划装置，所述加减速规划装置包括：

速度规划模块，用于对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；

圆整补偿模块，用于对T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；

目标速度获取模块，用于根据调整后的时间段重新计算T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度；

轨迹调整模块，用于根据目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。

本实施例提供的用于数控系统的加减速规划方法在不改变初速度、终点速度以及曲线长度的前提下，对目标速度和加速度、减速度进行微调，基于每个时间段的调整相互独立，以目标速度、加速度和减速度精度损失来换取精确的 时间精度和距离精度。在实际机床加工中，加速度和目标速度的精度要求较低，对距离精度要求较高，同时时间精度会影响速度突变及抖动问题。本发明保证了距离精度和时间精度，只损失了并不关键的目标速度和加速度精度。经过圆整补偿后的机床消除了抖动问题，而且实用性更强。同时本发明运算简单，不存在高次运算，运算量少，运算速度高，精确解决圆整误差，消除抖动问题。本发明实施例避免了对操作设备进行速度规划时求解高次方程的复杂繁琐的步骤，使得整个数控系统的速度规划效率得到大幅提高，而且方法相对简便易于实现。即使对于实际加工路径长度很小的情况下，也能很快速很准确的得到符合该路径规划的最佳速度。

本发明提供的数控机床，其采用的速度规划装置可以通过加减速规划装置对其程序指令进行控制，进而对驱动装置驱动的操作设备的运行速度进行规划，该数控机床能够通过其速度规划装置快速、有效的得到数控系统中操作设备所需运行的最佳速度，提高了整个数控机床的系统运行效率，降低了数控机床的系统在速度规划时的运算难度。

实施例一、请参阅图3，本发明实施例提供的一种用于数控系统的加减速规划方法包括：

步骤S301，对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间。该数控机床操作设备是数控系统中硬件执行单元，包括数控切割刀头、数控激光焊接头、数控运行平台、机器人手臂等能够通过软件程序控制的部件。在本步骤包括：根据数控机床操作设备的预设目标速度、初速度以及最大加速度确定T型曲线中匀加速的时间以及匀加速的轨迹长度；再根据数控机床操作设备的预设目标速度、终点速度以及最大减速度确定T型曲线中匀减速的时间以及匀减速的轨迹长度；最后根据数控机床操作设备的预设目标速度、加工路径长度、匀加速的轨迹长度以及匀减速的轨迹长度来确定T型曲线中匀速的时间。

具体的，T型曲线加减速规划一共分为3个时间段：匀加速，匀速和匀减速阶段。这三个时间段的时间长度分别记作T₁～T₃，每个时间段的曲线长度为l₁～l₃，每个时间段末点时间记作t₁～t₃。其中加速度最大值a_max及最大减速度d_max 由机床电机参数决定。另外，用户指定曲线的初速度f_s，目标速度f，终点速度f_e以及曲线长度L。从而有：

$\begin{array}{c}f-f_s={\mathrm{aT}}_1\\ f-f_e={\mathrm{dT}}_3\\ l_1=\frac{f+f_s}{2}{T}_1\\ l_2={\mathrm{fT}}_2\\ l_3=\frac{f+f_e}{2}{T}_3\\ l_1+l_2+l_3=L\end{array}---\left(3\right)$

其中 $\left\{\begin{array}{c}0<a\&le;a_{\max }\\ 0<d\&le;d_{\max }\end{array}\right..$ 为保证效率，一般取 $\left\{\begin{array}{c}a=a_{\max }\\ d=d_{\max }\end{array}\right..$ 那么我们可以计算得到T₁～T₃，如式（3）所示：

$\begin{array}{c}{T}_1=\frac{f-f_s}{a_{\max }}\\ T_3=\frac{f-f_e}{d_{\max }}\\ T_2=\frac{1}{f}[L-\frac{f^2-f_s^2}{{2a}_{\max }}-\frac{f^2-f_e^2}{{2d}_{\max }}]\end{array}---\left(4\right)$

对速度积分可以得到每段的曲线长度，如式（4）所示：

$\begin{array}{c}{l}_1=\frac{f^2-f_s^2}{{2a}_{\max }}\\ l_3=\frac{f^2-f_e^2}{{2d}_{\max }}\\ l_2=L-\frac{f^2-f_s^2}{{2a}_{\max }}-\frac{f^2-f_e^2}{{2d}_{\max }}\end{array}---\left(5\right)$

根据上述式子，可以计算出T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间T₁～T₃以及每段时间段的轨迹长度的的值，即完成T型曲线加减速规划。

步骤S302，对T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期。本步骤包括：根据T型 曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间以及插补周期的时长确定各个时间段中的插补周期的个数；若插补周期的个数为整数，则将该时间段作为调整后的新时间段；若插补周期的个数不为整数，则将该时间段补足为整数个插补周期后作为调整后的新时间段。具体的，对于T型曲线加减速规划计算得到的T₁～T₃不是插补周期整数倍，造成速度突变的问题，本实施例对曲线的每个时间段进行时间圆整。根据插补周期，曲线各时间段可化简为式（6）：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1=n_1*T+{\mathrm{\&Delta;t}}_1\\ T_2=n_2*T+{\mathrm{\&Delta;t}}_2\\ T_3=n_3*T+{\mathrm{\&Delta;t}}_3\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中n₁,n₂,n₃为整数，T为插补周期，□t_i<T(i=1,2,3)。

将每个时间段的□t_i(i=1,2,3)补整一个完整周期，即每个时间段圆整后的值可以采用式（7）进行计算：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1^{\&prime;}=(n_1+1)*T\\ T_2^{\&prime;}=(n_2+1)*T\\ T_3^{\&prime;}=(n_3+1)*T\end{array}\right.---\left(7\right)$

其中L表示曲线总长度，f′表示调整后的目标速度，f_s表示初速度，f_e表示终点速度。每个时间段长度调整之后，保持f_s,f_e,L不变，对加速度a，目标速度f，减速度d进行微调。由于实际机床加工中，加速度和目标速度的精度要求较低，对距离精度要求较高，因此本算法在不改变距离精度的情况下对T型曲线时间进行了圆整，同时避免了最后一步不是一个插补周期带来的速度突变。

步骤S303，根据调整后的时间段重新获取T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度。本步骤包括：根据调整后时间段的时长、数控机床操作设备的初速度及终点速度来确定T型曲线速度规划的目标速度。具体的，进行时间圆整后，匀加速阶段、匀速阶段和匀减速阶段的距离分别为：

$\begin{array}{c}{l}_1^{\&prime;}=\frac{f^{\&prime;}+f_s}{2}{T}_1^{\&prime;}\\ l_2^{\&prime;}=f^{\&prime;}{T}_2^{\&prime;}\\ l_3^{\&prime;}=\frac{f^{\&prime;}+f_e}{2}{T}_3^{\&prime;}\end{array}---\left(8\right)$

在式（8）中，新的目标速度为f′，时间圆整后每个时间段的曲线长度为l′₁～l′₃。根据式（8），联立L=l₁+l₂+l₃可得到目标速度f′：

$f^{\&prime;}=\frac{L-f_e{T}_3^{\&prime;}-f_s{T}_1^{\&prime;}}{T_1^{\&prime;}+2T_2^{\&prime;}+T_3^{\&prime;}}---\left(9\right)$

其中T表示插补周期，T′₁表示调整后匀加速的时间，T′₂表示调整后匀速的时间，T′₃表示调整后匀减速的时间，n₁、n₂和n₃为整数。

步骤S304，根据目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。本步骤包括：根据目标速度、调整后时间段的时长、数控机床操作设备的初速度及终点速度来确定数控机床操作设备的加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。具体的，时间圆整后新的新加速度a′，减速度d′可采用式（10）进行计算：

$\begin{array}{c}{a}^{\&prime;}=\frac{f^{\&prime;}-f_s}{T_1^{\&prime;}}\\ d^{\&prime;}=\frac{f^{\&prime;}-f_e}{T_3^{\&prime;}}\end{array}---\left(10\right)$

每个时间段的曲线长度为l′₁～l′₃可根据式（8）计算得到，从而得到新的速度规划曲线。

本实施例提供的用于数控系统的加减速规划方法在不改变初速度、终点速度以及曲线长度的前提下，对目标速度和加速度、减速度进行微调，基于每个时间段的调整相互独立，以目标速度、加速度和减速度精度损失来换取精确的时间精度和距离精度。在实际机床加工中，加速度和目标速度的精度要求较低，对距离精度要求较高，同时时间精度会影响速度突变及抖动问题。本发明保证了距离精度和时间精度，只损失了并不关键的目标速度和加速度精度。经过圆整补偿后的机床消除了抖动问题，而且实用性更强。同时本发明运算简单，不 存在高次运算，运算量少，运算速度高，精确解决圆整误差，消除抖动问题。

实施例二

如图4所示，本发明实施例提供的一种用于数控系统的加减速规划装置100包括：

速度规划模块10，用于对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间。速度规划模块10还包括：匀加速的轨迹长度获取单元，用于根据数控机床操作设备的预设目标速度、初速度以及最大加速度确定T型曲线中匀加速的时间以及匀加速的轨迹长度；匀减速的轨迹长度获取单元，根据数控机床操作设备的预设目标速度、终点速度以及最大减速度确定T型曲线中匀减速的时间以及匀减速的轨迹长度；匀速的轨迹长度获取单元，根据数控机床操作设备的预设目标速度、加工路径长度、匀加速的轨迹长度以及匀减速的轨迹长度来确定T型曲线中匀速的时间。

圆整补偿模块20，用于对T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期。圆整补偿模块20还用于根据T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间以及插补周期的时长确定各个时间段中的插补周期的个数；若插补周期的个数为整数，则将该时间段作为调整后的新时间段；若插补周期的个数不为整数，则将该时间段补足为整数个插补周期后作为调整后的新时间段。

目标速度获取模块30，用于根据调整后的时间段重新计算T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度。目标速度获取模块30还用于根据调整后时间段的时长、数控机床操作设备的初速度及终点速度来确定T型曲线速度规划的目标速度。

轨迹调整模块40，用于根据目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。轨迹调整模块40还用于根据目标速度、调整后时间段的时长、数控机床操作设备的初速度及终点速度来确定数控机床操作设备的加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。

实施例三

如图5所示，本发明提供了一种数控机床200，包括控制装置201、驱动装置202和电源装置203，电源装置203向该数控机床供电200，控制装置201控制驱动装置202驱动数控机床200的操作设备进行运作，数控机床200还包括对加减速规划装置100，加减速规划装置100包括：速度规划模块10，用于对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；圆整补偿模块20，用于对T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；目标速度获取模块30，用于根据调整后的时间段重新计算T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度；轨迹调整模块40，用于根据目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。加减速规划装置100在实施例二中已做详细描述，故在此不再赘述。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种用于数控系统的加减速规划方法，其特征在于，包括：

对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；

对所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；

根据调整后的时间段重新获取所述T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度；

根据所述目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。

2.根据权利要求1所述的加减速规划方法，其特征在于，对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间段的步骤包括：

根据所述数控机床操作设备的预设目标速度、初速度以及最大加速度确定所述T型曲线中匀加速的时间以及匀加速的轨迹长度；

根据所述数控机床操作设备的预设目标速度、终点速度以及最大减速度确定所述T型曲线中匀减速的时间以及匀减速的轨迹长度；

根据所述数控机床操作设备的预设目标速度、加工路径长度、匀加速的轨迹长度以及匀减速的轨迹长度来确定所述T型曲线中匀速的时间。

3.根据权利要求2所述的加减速规划方法，其特征在于，对所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期的步骤包括：

根据所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间以及插补周期的时长确定各个时间段中的插补周期的个数；

若所述插补周期的个数为整数，则将该时间段作为调整后的新时间段；

若所述插补周期的个数不为整数，则将该时间段补足为整数个插补周期后作为调整后的新时间段，

其中圆整后的匀加速、匀速和匀减速的时间分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1^{\&prime;}=(n_1+1)*T\\ T_2^{\&prime;}=(n_2+1)*T\\ T_3^{\&prime;}=(n_3+1)*T\end{array}\right.$

其中T表示插补周期，T′₁表示调整后匀加速的时间，T′₂表示调整后匀速的时间，T′₃表示调整后匀减速的时间，n₁、n₂和n₃为整数。

4.根据权利要求3所述的T型速度规划方法，其特征在于，根据调整后的时间重新计算所述T型曲线速度规划的目标速度的步骤包括：

根据调整后时间段的时长、所述数控机床操作设备的初速度及终点速度来确定所述T型曲线速度规划的目标速度，所述目标速度f′为

$f^{\&prime;}=\frac{L-f_e{T}_3^{\&prime;}-f_s{T}_1^{\&prime;}}{T_1^{\&prime;}+2T_2^{\&prime;}+T_3^{\&prime;}}$

其中L表示曲线总长度，f′表示调整后的目标速度，f_s表示初速度，f_e表示终点速度。

5.根据权利要求4所述的T型速度规划方法，其特征在于，根据所述目标速度重新计算加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度的步骤包括：

根据所述目标速度、所述调整后时间段的时长、所述数控机床操作设备的初速度及终点速度来确定所述数控机床操作设备的加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度，

调整后的加速度a′为：调整后的减速度d′为：

匀加速时间段的轨迹长度l′₁为：匀速时间段的轨迹长度l′₂为l′₂=f′T′₂，匀减速时间段的轨迹长度l′₃为

6.一种用于数控系统的加减速规划装置，其特征在于，包括：

速度规划模块，用于对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；

圆整补偿模块，用于对所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；

目标速度获取模块，用于根据调整后的时间段重新计算所述T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度；

轨迹调整模块，用于根据所述目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。

7.根据权利要求6所述的加减速规划装置，其特征在于，所述速度规划模块还包括：

匀加速的轨迹长度获取单元，用于根据所述数控机床操作设备的预设目标速度、初速度以及最大加速度确定所述T型曲线中匀加速的时间以及匀加速的轨迹长度；

匀减速的轨迹长度获取单元，根据所述数控机床操作设备的预设目标速度、终点速度以及最大减速度确定所述T型曲线中匀减速的时间以及匀减速的轨迹长度；

匀速的轨迹长度获取单元，根据所述数控机床操作设备的预设目标速度、加工路径长度、匀加速的轨迹长度以及匀减速的轨迹长度来确定所述T型曲线中匀速的时间。

8.根据权利要求1所述的加减速规划方法，其特征在于，圆整补偿模块还用于根据所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间以及插补周期的时长确定各个时间段中的插补周期的个数；若所述插补周期的个数为整数，则将该时间段作为调整后的新时间段；若所述插补周期的个数不为整数，则将该时间段补足为整数个插补周期后作为调整后的新时间段，

其中调整后的匀加速、匀速和匀减速的时间分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1^{\&prime;}=(n_1+1)*T\\ T_2^{\&prime;}=(n_2+1)*T\\ T_3^{\&prime;}=(n_3+1)*T\end{array}\right.$

其中T表示插补周期，T′₁表示调整后匀加速的时间，T′₂表示调整后匀速的时间，T′₃表示调整后匀减速的时间，n₁、n₂和n₃为整数。

9.根据权利要求2所述的T型速度规划方法，其特征在于，所述目标速度获取模块还用于根据调整后时间段的时长、所述数控机床操作设备的初速度及终点速度来确定所述T型曲线速度规划的目标速度，所述目标速度f′为

$f^{\&prime;}=\frac{L-f_e{T}_3^{\&prime;}-f_s{T}_1^{\&prime;}}{T_1^{\&prime;}+2T_2^{\&prime;}+T_3^{\&prime;}}$

其中L表示曲线总长度，f′表示调整后的目标速度，f_s表示初速度，f_e表示终点速度。

10.根据权利要求4所述的T型速度规划方法，其特征在于，轨迹调整模块还用于根据所述目标速度、所述调整后时间段的时长、所述数控机床操作设备的初速度及终点速度来确定所述数控机床操作设备的加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度，

调整后的加速度a′为：调整后的减速度d′为：

匀加速时间段的轨迹长度l′₁为：匀速时间段的轨迹长度l′₂为l′₂=f′T′₂，匀减速时间段的轨迹长度l′₃为

11.一种数控机床，包括控制装置、驱动装置和电源装置，所述电源装置向该数控机床供电，所述控制装置控制所述驱动装置驱动数控机床的操作设备进行运作，其特征在于，还包括对加减速规划装置，所述加减速规划装置包括：

速度规划模块，用于对数控机床操作设备的加工轨迹进行T型曲线速度规划，获取所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速的时间；

圆整补偿模块，用于对所述T型曲线中匀加速、匀速和匀减速三个时间段单独调整，将不满一个插补周期的步长补足为一个完整的插补周期；

目标速度获取模块，用于根据调整后的时间段重新计算所述T型曲线速度规划的目标速度，该目标速度为操作设备在加工路径中的最大速度；

轨迹调整模块，用于根据所述目标速度重新调整加速度、减速度及T型曲线每个时间段的轨迹长度。