CN108388206A - 进给速度实时动态规划方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种进给速度实时动态规划方法及系统，所述方法包括以下步骤：根据当前时刻进给速度、当前时刻目标进给速度将调速到结束速度的过程分为第一阶段和第二阶段；规划所述第一阶段的加速度变化过程，并根据所述第一阶段的加速度变化过程计算所述第一阶段的第一运动距离；规划第二阶段的加速度变化过程，并根据所述第二阶段的加速度变化过程计算所述第二阶段的第二运动距离；在所述第一运动距离、第二运动距离之和小于或等于剩余运动距离时，根据所述第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程获得当前时刻目标进给速度曲线。本发明规划的进给速度可实现时间最优，并适合不同数字控制系统。

Description

进给速度实时动态规划方法及系统
技术领域
本发明涉及数控系统领域，更具体地说，涉及一种进给速度实时动态规划方法及系统。
背景技术
在数控加工中，需要随时改变进给速度，例如通过倍率调节开关或旋钮来改变加工进给速度，在手轮模拟时使加工进给速度跟随手摇速度，在手动运动时使轴的进给速度在慢速和快速之间切换等。而进给速度的响应性能直接影响到加工零件的表面质量和加工效率，因此进给速度的实时动态规划是数控系统中必不可少的功能之一。
进给速度的实时动态规划是在获取新的目标速度值后对后续的进给速度进行实时重新规划，要求重新规划后的进给速度与规划之前的进给速度在速度和加速度上连续。
目前的进给速度规划大多涉及运动速度的静态规划方法，如S型进给速度曲线规划方法、梯型进给速度规划方法、三角函数进给速度规划方法等，在这些方法中，初始和结束的加速度必须为零。而在实际操作中，初始的加速度不一定为零，进给速度可能处于加速、匀速或减速之间的任意状态，因此上述方法不适用。
此外，现有的采用三次多项式加减速模型进行进给速度规划的方法，其规划的进给速度不是时间最优的，并且不适用于轨迹距离改变的场合，应用范围有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述进给速度规划的应用范围有限的问题，提供一种进给速度实时动态规划方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种进给速度实时动态规划方法，包括以下步骤：
根据当前时刻进给速度、当前时刻目标进给速度将调速到结束速度的过程分为第一阶段和第二阶段，所述第一阶段为由当前时刻进给速度调速到当前时刻目标进给速度的过程，所述第二阶段为由当前时刻目标进给速度调速到结束速度的过程；
根据所述当前时刻进给速度、当前时刻目标进给速度、当前时刻的加速度、最大允许加速度、最大允许加加速度、最大允许减速度，规划所述第一阶段的加速度变化过程，并根据所述第一阶段的加速度变化过程计算所述第一阶段的第一运动距离；
根据所述当前时刻目标进给速度、结束速度、最大允许加速度、最大允许减速度以及最大允许加加速度，规划第二阶段的加速度变化过程，并根据所述第二阶段的加速度变化过程计算所述第二阶段的第二运动距离；
在所述第一运动距离、第二运动距离之和小于或等于剩余运动距离时，根据所述第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程获得当前时刻目标进给速度曲线。
在本发明所述的进给速度实时动态规划方法中，所述方法包括：在所述第一运动距离、第二运动距离之和大于剩余运动距离时，调整所述当前时刻目标进给速度，并根据调整后的当前时刻目标进给速度，重新规划第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程，直到所述第一运动距离、第二运动距离之和与剩余运动距离之差的绝对值小于预设值。
在本发明所述的进给速度实时动态规划方法中，所述调整所述当前时刻目标进给速度，并根据调整后的当前时刻目标进给速度，重新规划第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程包括：
(a1)使当前时刻目标进给速度V1＝0.5(Vlow+Vhigh)，其中Vlow为所述结束速度，Vhigh为前一次规划时的当前时刻目标进给速度；
(a2)根据当前时刻进给速度、当前时刻目标进给速度将调速到结束速度的过程分为第一阶段和第二阶段，所述第一阶段为由当前时刻进给速度调速到当前时刻目标进给速度的过程，所述第二阶段为由当前时刻目标进给速度调速到结束速度的过程；
(a3)根据所述当前时刻进给速度、当前时刻目标进给速度、当前时刻的加速度、最大允许加速度、最大允许加加速度、最大允许减速度，规划所述第一阶段的加速度变化过程，并根据所述第一阶段的加速度变化过程计算所述第一阶段的第一运动距离；
(a4)根据所述当前时刻目标进给速度、结束速度、最大允许加速度、最大允许减速度以及最大允许加加速度，规划第二阶段的加速度变化过程，并根据所述第二阶段的加速度变化过程计算所述第二阶段的第二运动距离；
(a5)判断所述第一运动距离、第二运动距离之和与剩余运动距离之差的绝对值是否小于预设值，并在所述第一运动距离、第二运动距离之和与剩余运动距离之差的绝对值小于所述预设值时，执行步骤(a6)，否则执行步骤(a7)；
(a6)根据所述第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程获得当前时刻目标进给速度曲线；
(a7)在所述第一运动距离、第二运动距离之和大于所述剩余运动距离时，使Vhigh的值为所述当前时刻目标进给速度，并返回步骤(a1)；在所述第一运动距离、第二运动距离之和小于或等于所述剩余运动距离时，使Vlow的值为所述当前时刻的目标进给速度，并返回步骤(a1)。
在本发明所述的进给速度实时动态规划方法中，在所述当前时刻目标进给速度大于当前时刻进给速度时,所述规划所述第一阶段的加速度变化过程包括：
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量大于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：加加速、匀加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第一临界速度并大于第二临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：加加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第二临界速度并大于第三临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度调整过程：减加速、加减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量小于第三临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度调整过程：减加速、加减速、匀减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量大于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减减速、加加速，匀加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减减速、加加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度。
在本发明所述的进给速度实时动态规划方法中，在所述当前时刻目标进给速度大于当前时刻进给速度时,所述规划所述第一阶段的加速度变化过程包括：
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量大于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减加速、加减速，匀减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减加速、加减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量大于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：加减速、匀减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第一临界速度并大于第二临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：加减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第二临界速度并大于第三临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度调整过程：减减速、加加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量小于第三临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度调整过程：减减速、加加速、匀加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度。
在本发明所述的进给速度实时动态规划方法中，在所述当前时刻目标进给速度为零时，若当前时刻目标进给速度V1＝0，则在第一阶段加速度规划及第一运动距离计算完成后，根据所述第一阶段的加速度变化过程获得当前时刻目标进给速度曲线。
在本发明所述的进给速度实时动态规划方法中，在当前时刻目标进给速度小于结束速度时，所述规划所述第二阶段的加速度变化过程包括：
若结束速度与当前时刻目标进给速度之差大于第一预设速度，按以下顺序规划所述第二阶段的加速度调整过程：加加速、匀加速、减加速，且所述第二阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若结束速度与当前时刻目标进给速度之差小于或等于第一预设速度时，按以下顺序规划所述第二阶段的加速度调整过程：加加速、减加速，且所述第二阶段的起始加加速度为最大允许加加速度。
在本发明所述的进给速度实时动态规划方法中，在当前时刻目标进给速度大于或等于结束速度时，所述规划所述第二阶段的加速度变化过程包括：
若当前时刻目标进给速度与结束速度之差大于第二预设速度时，按以下顺序规划所述第二阶段的加速度调整过程：加减速、匀减速、减减速，且所述第二阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻目标进给速度与结束速度之差小于或等于第二预设速度时，按以下顺序规划所述第二阶段的加速度调整过程：加减速、减减速，且所述第二阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数。
在本发明所述的进给速度实时动态规划方法中，所述方法包括：在所述第一运动距离、第二运动距离之和小于剩余运动距离时，按照所述第一运动距离和第二运动距离规划在第一阶段的加速度变化过程和第二阶段的加速度变化过程之间的匀速运动过程。
本发明还提供一种进给速度实时动态规划系统，包括存储装置和处理装置，所述处理单元运行所述存储装置中的代码并执行如上所述的方法。
本发明的进给速度实时动态规划方法及系统，通过将调速过程分为第一阶段和第二阶段，并针对第一阶段和第二阶段分别进行加速度规划，使得生成的速度曲线具有加速度和速度连续，且运动过程平滑。并且，本发明规划的进给速度可实现时间最优，并适合不同数字控制系统。
附图说明
图1是本发明进给速度实时动态规划方法实施例的流程示意图；
图2是直线轨迹的示意图；
图3是本发明进给速度实时动态规划方法实施例在当前时刻目标进给速度大于或等于当前时刻进给速度，且处于加速或匀速状态的第一阶段加速度变化过程的示意图；
图4是本发明进给速度实时动态规划方法实施例在当前时刻目标进给速度大于或等于当前时刻进给速度，且处于减速状态的第一阶段加速度变化过程的示意图；
图5是本发明进给速度实时动态规划方法实施例在当前时刻目标进给速度小于当前时刻进给速度，且处于加速或匀速状态的第一阶段加速度变化过程的示意图；
图6是本发明进给速度实时动态规划方法实施例在当前时刻目标进给速度小于当前时刻进给速度，且处于减速状态的第一阶段加速度变化过程的示意图；
图7是使用本发明进给速度实时动态规划方法将图2中直线轨迹进行实时动态速度规划获得的进给速度曲线。
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是本发明进给速度实时动态规划方法实施例的流程示意图，该方法用于数控系统轨迹插补。该实施例以一条直线轨迹为例对本发明的方法进行具体说明，直线轨迹起点为(0,0,0)，终点为(30,40,0)unit(单位，该单位可根据需要设置，例如1单位为1mm、0.5mm等)，如图2所示。上述动态规划方法的插补周期设为1ms，最大允许加加速度为Jm＝20000unit/s3，最大允许加速度为Am＝2000unit/s2，最大允许减速度为Dm＝1000unit/s2，初始和结束的速度和加速度均为零，每隔100个插补周期随机生成当前时刻目标进给速度，范围为0到150unit/s，具体实施步骤如下：
S1：在控制系统发出目标速度改变的指令时，从控制系统中获取动态规划参数，上述动态规划参数具体包括：当前时刻目标进给速度V1、剩余运动距离S1、当前时刻进给速度V0、加速度A0以及结束速度Ve，并根据当前时刻进给速度V0、当前时刻目标进给速度V1将调速到结束速度Ve的过程分为第一阶段和第二阶段，其中第一阶段为由当前时刻进给速度V0调速到当前时刻目标进给速度V1的过程，第二阶段为由当前时刻目标进给速度V1调速到结束速度Ve的过程。
具体地，每次(即每隔100个插补周期)获取的动态规划参数可如表1所示：
时刻/s V1/unit.s-1 S1/unit V0/unit.s-1 A0unit.s-2 Ve/unit.s-1
0 100 50 0 0 0
0.1 32 47.0789 80.2674 888.4271 0
0.2 69 37.9428 69.4214 -1000 0
0.3 46 32.6895 64.955 402.2452 0
0.4 137 26.8741 46 0 0
0.5 51 19.1706 124.8148 698.1475 0
0.6 100 6.5203 96.9074 -1000 0
0.7 77 1.0115 33.2008 -259.551 0
表1动态规划参数表
S2：根据当前时刻进给速度V0、当前时刻目标进给速度V1、当前时刻的加速度A0、最大允许加速度Am、最大允许加加速度Jm、最大允许减速度Dm，规划第一阶段的加速度变化过程，并根据第一阶段的加速度变化过程计算第一阶段的第一运动距离。
上述规划第一阶段的加速度变化过程时，可先根据当前时刻目标进给速度V1与当前时刻进给速度V0的值判断第一阶段的运动状态，即在在当前时刻目标进给速度V1大于当前时刻进给速度V0时，第一阶段的运动状态为升速过程，否则第一阶段的运动状态为降速过程。
具体地，当第一阶段的运动状态为升速过程时，计算第一阶段的速度改变量△V＝V1-V0和三个临界速度改变量：第一临界速度第二临界速度和第三临界速度并且：
(1)若当前时刻的加速度A0大于或等于零，且第一阶段的速度改变量ΔV大于第一临界速度ΔV2时，按以下顺序规划第一阶段的加速度变化过程：加加速(持续时间t3)＝>匀加速(持续时间t2)＝>减加速(持续时间t1)，如图3(a)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
(2)若当前时刻的加速度A0大于或等于零，且第一阶段的速度改变量ΔV小于或等于第一临界速度ΔV2并大于第二临界速度ΔV1时，按以下顺序规划第一阶段的加速度变化过程：加加速(持续时间t3)＝>减加速(持续时间t1)，如图3(b)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
(3)若当前时刻的加速度A0大于或等于零，且第一阶段的速度改变量ΔV小于或等于第二临界速度ΔV1并大于第三临界速度ΔV0时，按以下顺序规划第一阶段的加速度变化过程：减加速(持续时间t3-t1)＝>加减速(持续时间t1)＝>减减速(持续时间t1)，如图3(c)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
(4)若当前时刻的加速度A0大于或等于零，且第一阶段的速度改变量ΔV小于第三临界速度ΔV0时，按以下顺序规划第一阶段的加速度调整过程：减加速(持续时间t3-t1)＝>加减速(持续时间t1)＝>匀减速(持续时间t2)＝>减减速(持续时间t1)，如图3(d)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
(5)若当前时刻的加速度A0小于零，且第一阶段的速度改变量ΔV大于第一临界速度ΔV2时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减减速(持续时间t3-t1)＝>加加速(持续时间t1)＝>匀加速(持续时间t2)＝>减加速(持续时间t1)，如图4(a)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
(6)若当前时刻的加速度A0小于零，且第一阶段的速度改变量ΔV小于或等于第一临界速度ΔV2时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减减速(持续时间t3-t1)＝>加加速(持续时间t1)＝>减加速(持续时间t1)，如图4(b)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
当第一阶段的运动状态为降速过程(即当前时刻目标进给速度V1小于或等于当前时刻进给速度V0)时，计算第一阶段的速度改变量△V＝V0-V1和三个临界速度改变量第一临界速度第二临界速度和第一临界速度并且：
(1)若当前时刻的加速度A0大于或等于零，且第一阶段的速度改变量ΔV大于第一临界速度ΔV2时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减加速(持续时间t3-t1)＝>加减速(持续时间t1)＝>匀减速(持续时间t2)＝>减减速(持续时间t1)，如图5(a)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
(2)若当前时刻的加速度A0大于或等于零，且第一阶段的速度改变量ΔV小于或等于第一临界速度ΔV2时，按以下顺序规划第一阶段的加速度变化过程：减加速(持续时间t3-t1)＝>、加减速(持续时间t1)＝>、减减速(持续时间t1)，如图5(b)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
(3)若当前时刻的加速度A0小于零，且第一阶段的速度改变量ΔV大于第一临界速度ΔV2时，按以下顺序规划第一阶段的加速度变化过程：加减速(持续时间t3)＝>匀减速(持续时间t2)＝>减减速(持续时间t1)，如图6(a)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
(4)若当前时刻的加速度A0小于零，且第一阶段的速度改变量ΔV小于或等于第一临界速度ΔV2并大于第二临界速度ΔV1时，按以下顺序规划第一阶段的加速度变化过程：加减速(持续时间t3)＝>减减速(持续时间t1)，如图6(b)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
(5)若当前时刻的加速度A0小于零，且第一阶段的速度改变量ΔV小于或等于第二临界速度ΔV1并大于第三临界速度ΔV0时，按以下顺序规划第一阶段的加速度调整过程：减减速(持续时间t3-t1)＝>加加速(持续时间t1)＝>减加速(持续时间t1)，如图6(c)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
(6)若当前时刻的加速度A0小于零，且第一阶段的速度改变量ΔV小于第三临界速度ΔV0时，按以下顺序规划第一阶段的加速度调整过程：减减速(持续时间t3-t1)＝>加加速(持续时间t1)＝>匀加速(持续时间t2)＝>减加速(持续时间t1)，如图6(d)所示，且此时第一阶段的起始加加速度Jacc及各个速度变化过程的时间满足：
然后，根据上述各种情况下的第一阶段的加速度变化过程计算第一阶段的第一运动距离Sacc:
S3：根据当前时刻目标进给速度V1、结束速度Ve、最大允许加速度Am、最大允许减速度Dm以及最大允许加加速度Jm，规划第二阶段的加速度变化过程，并根据第二阶段的加速度变化过程计算第二阶段的第二运动距离。
在该步骤中，在当前时刻目标进给速度V1大于或等于结束速度Ve，确认第二阶段运动状态为升速过程，否则第二阶段的运动过程为降速过程。
具体地，当第二阶段为升速过程时，若结束速度Ve与当前时刻目标进给速度V1之差大于第一预设速度(该第一预设速度可以为)时，按以下顺序规划所述第二阶段的加速度调整过程：加加速(持续时间t4)＝>匀加速(持续时间t5)＝>减加速(持续时间t4)，且此时第二阶段的起始加加速度Jdec及各个速度变化过程的时间满足：Jdec＝Jm；若结束速度Ve与当前时刻目标进给速度V1之差小于或等于第一预设速度时，按以下顺序规划所述第二阶段的加速度调整过程：加加速(持续时间t4)＝>减加速(持续时间t4)，且此时第二阶段的起始加加速度Jdec及各个速度变化过程的时间满足：t5＝0,Jdec＝Jm。
当第二阶段为降速过程时，若当前时刻目标进给速度V1与结束速度Ve之差大于第二预设速度(该第二预设速度可以为)时，按以下顺序规划第二阶段的加速度调整过程：加减速(持续时间t4)＝>匀减速(持续时间t5)＝>减减速(持续时间t4)，且此时第二阶段的起始加加速度Jdec及各个速度变化过程的时间满足：Jdec＝-Jm；若当前时刻目标进给速度V1与结束速度Ve之差小于或等于第二预设速度时，按以下顺序规划第二阶段的加速度调整过程：加减速(持续时间t4)＝>减减速(持续时间t4)，且此时第二阶段的起始加加速度Jdec及各个速度变化过程的时间满足：t5＝0,Jdec＝-Jm。
然后，根据上述各种情况下的第二阶段的加速度变化过程计算第二阶段的第二运动距离Sdec:
S4：在第一运动距离、第二运动距离之和小于或等于剩余运动距离时，表示当前时刻目标进给速度V1可达，此时可先计算匀速阶段的时间，即在到达当前时刻目标进给速度后保持匀速运动，然后再按照规划的第二阶段的加速度变化过程调速，其中匀速运动时间
最后，根据动态规划参数(当前时刻目标进给速度V1、剩余运动距离S1、当前时刻进给速度V0、加速度A0以及结束速度Ve)、第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程(t3、t2、t1、tc、t4、t5、Jacc和Jdec)获得当前时刻目标进给速度(即后续的进给速度)曲线。具体地，后续进给速度可按以下计算式采样计算：
其中：
并且可根据以上的计算式(3)、(4)，通过对时间参数t进行微分和积分可分别得到进给加速度和进给位移的计算式。最终动态规划的速度曲线如图7所示。
在上述方法中，若当前时刻目标进给速度V1＝0，则在第一阶段加速度规划完成后，可直接令tc＝t4＝t5＝0，然后根据计算式(3)、(4)采样计算后续进给速度。
在上述步骤S4中，还可包括：在第一运动距离Sacc、第二运动距离Sdec之和大于剩余运动距离S1时，即Sacc+Sdec>S1，则当前剩余运动距离不足以使速度达到当前时刻目标进给速度V1，需调整当前时刻目标进给速度V1，然后再根据调整后的当前时刻目标进给速度V1，重新规划第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程，直到第一运动距离Sacc、第二运动距离Sdec之和与剩余运动距离S1之差的绝对值小于预设值。
具体地，在调整当前时刻目标进给速度V1时，可包括以下步骤：
(a1)采用二分法修正当前时刻目标速度，即使当前时刻目标进给速度V1＝0.5(Vlow+Vhigh)，其中Vlow为结束速度Ve，Vhigh为前一次规划时的当前时刻目标进给速度V1；
(a2)根据当前时刻进给速度V0、当前时刻目标进给速度(新的)V1将调速到结束速度Ve的过程分为第一阶段和第二阶段，该第一阶段为由当前时刻进给速度V0调速到当前时刻目标进给速度V1的过程，第二阶段为由当前时刻目标进给速度V1调速到结束速度Ve的过程，具体过程可参考上述步骤S1；
(a3)根据当前时刻进给速度V0、当前时刻目标进给速度V1、当前时刻的加速度、最大允许加速度、最大允许加加速度、最大允许减速度，规划第一阶段的加速度变化过程，并根据第一阶段的加速度变化过程计算第一阶段的第一运动距离，具体过程可参考上述步骤S2；
(a4)根据当前时刻目标进给速度、结束速度、最大允许加速度、最大允许减速度以及最大允许加加速度，规划第二阶段的加速度变化过程，并根据所述第二阶段的加速度变化过程计算所述第二阶段的第二运动距离，具体过程可参考上述步骤S3；
(a5)判断第一运动距离、第二运动距离之和与剩余运动距离之差的绝对值是否小于预设值，并在第一运动距离、第二运动距离之和与剩余运动距离之差的绝对值小于预设值(例如)时，即|Sacc+Sdec-S1|≤εmax(其中εmax为求解精度，例如可设为1e-6)，执行步骤(a6)，否则执行步骤(a7)；
(a6)根据第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程获得当前时刻目标进给速度曲线；
(a7)在第一运动距离、第二运动距离之和大于剩余运动距离时，使Vhigh的值为当前时刻目标进给速度，并返回步骤(a1)；在第一运动距离、第二运动距离之和小于或等于剩余运动距离时，使Vlow的值为当前时刻的目标进给速度，并返回步骤(a1)。
本发明还提供一种进给速度实时动态规划系统，用于数控系统轨迹插补，该系统包括存储装置和处理装置，所述处理单元运行所述存储装置中的代码并执行如上所述的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种进给速度实时动态规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据当前时刻进给速度、当前时刻目标进给速度将调速到结束速度的过程分为第一阶段和第二阶段，所述第一阶段为由当前时刻进给速度调速到当前时刻目标进给速度的过程，所述第二阶段为由当前时刻目标进给速度调速到结束速度的过程；
根据所述当前时刻进给速度、当前时刻目标进给速度、当前时刻的加速度、最大允许加速度、最大允许加加速度、最大允许减速度，规划所述第一阶段的加速度变化过程，并根据所述第一阶段的加速度变化过程计算所述第一阶段的第一运动距离；
根据所述当前时刻目标进给速度、结束速度、最大允许加速度、最大允许减速度以及最大允许加加速度，规划第二阶段的加速度变化过程，并根据所述第二阶段的加速度变化过程计算所述第二阶段的第二运动距离；
在所述第一运动距离、第二运动距离之和小于或等于剩余运动距离时，根据所述第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程获得当前时刻目标进给速度曲线。
2.根据权利要求1所述的进给速度实时动态规划方法，其特征在于，所述方法包括：在所述第一运动距离、第二运动距离之和大于剩余运动距离时，调整所述当前时刻目标进给速度，并根据调整后的当前时刻目标进给速度，重新规划第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程，直到所述第一运动距离、第二运动距离之和与剩余运动距离之差的绝对值小于预设值。
3.根据权利要求2所述的进给速度实时动态规划方法，其特征在于，所述调整所述当前时刻目标进给速度，并根据调整后的当前时刻目标进给速度，重新规划第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程包括：
(a1)使当前时刻目标进给速度V1＝0.5(Vlow+Vhigh)，其中Vlow为所述结束速度，Vhigh为前一次规划时的当前时刻目标进给速度；
(a2)根据当前时刻进给速度、当前时刻目标进给速度将调速到结束速度的过程分为第一阶段和第二阶段，所述第一阶段为由当前时刻进给速度调速到当前时刻目标进给速度的过程，所述第二阶段为由当前时刻目标进给速度调速到结束速度的过程；
(a3)根据所述当前时刻进给速度、当前时刻目标进给速度、当前时刻的加速度、最大允许加速度、最大允许加加速度、最大允许减速度，规划所述第一阶段的加速度变化过程，并根据所述第一阶段的加速度变化过程计算所述第一阶段的第一运动距离；
(a4)根据所述当前时刻目标进给速度、结束速度、最大允许加速度、最大允许减速度以及最大允许加加速度，规划第二阶段的加速度变化过程，并根据所述第二阶段的加速度变化过程计算所述第二阶段的第二运动距离；
(a5)判断所述第一运动距离、第二运动距离之和与剩余运动距离之差的绝对值是否小于预设值，并在所述第一运动距离、第二运动距离之和与剩余运动距离之差的绝对值小于所述预设值时，执行步骤(a6)，否则执行步骤(a7)；
(a6)根据所述第一阶段的加速度变化过程以及第二阶段的加速度变化过程获得当前时刻目标进给速度曲线；
(a7)在所述第一运动距离、第二运动距离之和大于所述剩余运动距离时，使Vhigh的值为所述当前时刻目标进给速度，并返回步骤(a1)；在所述第一运动距离、第二运动距离之和小于或等于所述剩余运动距离时，使Vlow的值为所述当前时刻的目标进给速度，并返回步骤(a1)。
4.根据权利要求1所述的进给速度实时动态规划方法，其特征在于，在所述当前时刻目标进给速度大于当前时刻进给速度时,所述规划所述第一阶段的加速度变化过程包括：
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量大于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：加加速、匀加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第一临界速度并大于第二临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：加加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第二临界速度并大于第三临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度调整过程：减加速、加减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量小于第三临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度调整过程：减加速、加减速、匀减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量大于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减减速、加加速，匀加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减减速、加加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度。
5.根据权利要求1所述的进给速度实时动态规划方法，其特征在于，在所述当前时刻目标进给速度大于当前时刻进给速度时,所述规划所述第一阶段的加速度变化过程包括：
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量大于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减加速、加减速，匀减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度大于或等于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：减加速、加减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量大于第一临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：加减速、匀减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第一临界速度并大于第二临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度变化过程：加减速、减减速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量小于或等于第二临界速度并大于第三临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度调整过程：减减速、加加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若当前时刻的加速度小于零，且所述第一阶段的速度改变量小于第三临界速度时，按以下顺序规划所述第一阶段的加速度调整过程：减减速、加加速、匀加速、减加速，且所述第一阶段的起始加加速度为最大允许加加速度。
6.根据权利要求1所述的进给速度实时动态规划方法，其特征在于，在所述当前时刻目标进给速度为零时，则在第一阶段加速度规划及第一运动距离计算完成后，根据所述第一阶段的加速度变化过程获得当前时刻目标进给速度曲线。
7.根据权利要求1所述的进给速度实时动态规划方法，其特征在于，在当前时刻目标进给速度小于结束速度时，所述规划所述第二阶段的加速度变化过程包括：
若结束速度与当前时刻目标进给速度之差大于第一预设速度，按以下顺序规划所述第二阶段的加速度调整过程：加加速、匀加速、减加速，且所述第二阶段的起始加加速度为最大允许加加速度；
若结束速度与当前时刻目标进给速度之差小于或等于第一预设速度时，按以下顺序规划所述第二阶段的加速度调整过程：加加速、减加速，且所述第二阶段的起始加加速度为最大允许加加速度。
8.根据权利要求1所述的进给速度实时动态规划方法，其特征在于，在当前时刻目标进给速度大于或等于结束速度时，所述规划所述第二阶段的加速度变化过程包括：
若当前时刻目标进给速度与结束速度之差大于第二预设速度时，按以下顺序规划所述第二阶段的加速度调整过程：加减速、匀减速、减减速，且所述第二阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数；
若当前时刻目标进给速度与结束速度之差小于或等于第二预设速度时，按以下顺序规划所述第二阶段的加速度调整过程：加减速、减减速，且所述第二阶段的起始加加速度为最大允许加加速度的相反数。
9.根据权利要求1所述的进给速度实时动态规划方法，其特征在于，在所述第一运动距离、第二运动距离之和小于剩余运动距离时，按照所述第一运动距离和第二运动距离规划在第一阶段的加速度变化过程和第二阶段的加速度变化过程之间的匀速运动过程。
10.一种进给速度实时动态规划系统，其特征在于，包括存储装置和处理装置，所述处理单元运行所述存储装置中的代码并执行如权利要求1-9中任一项所述的方法。
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