CN111045461A - 一种裁床的连续小线段离散速度控制方法 - Google Patents

一种裁床的连续小线段离散速度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种裁床的连续小线段离散速度控制方法，读取即将要进行运动的线段长度L，如果L<＝Lminline，则为小线段，进行小线段速度处理，通过对切割文件的预处理预先获得该连续小线段运动运动的小线段的段数；根据最大直线速度与连续小线段之间的夹角，确定连续小线段运动中各小线段终点的约束速度表；计算获得离散加速度表与对应速度表；设裁床进行连续小线段运动的起始速度，获得裁床在连续小线段的最终目标点速度表。将该速度表与的离散加速度表与速度表结合，使裁床进行离散速度规划的连续小线段运动。本发明在裁床进行小线段时采用单独的速度规划控制，可以很好得避免了裁床在进行小线段运动时由于速度造成的抖动和冲击，提高了裁床的稳定性。

Description

一种裁床的连续小线段离散速度控制方法
技术领域
本发明属于运动控制领域，涉及一种裁床的连续小线段离散速度控制方法。
技术背景
随着裁床需求在国内的逐年增加，裁床行业的竞争也愈发激烈。为了提高裁床的加工效率，裁床的切割速度需要提高到一定限度。然而一旦裁床速度提高，切割一些夹角较大的连续小线段时就会出现抖动，不连贯的现象。这一现象会影响裁床的切割效率和机器是使用寿命。因此，迫切需要一种新的小线段速度控制方法来提升裁床的效率和稳定性。
发明内容
为了改善现有裁床的加工效率较低、机器在切割连续的小线段时不连贯并产生抖动的不足，本发明提供了一种加工效率较高、且能实现裁床稳定进行连续小线段运动的离散速度控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种裁床的连续小线段离散速度控制方法，包括以下步骤：
步骤(1)、读取即将要进行运动的线段长度L，如果L<＝Lminline，那么即将裁床运动的轨迹是小线段，进行即将进行的小线段速度处理，否则仍然按照原来的速度规划进行运动，通过对切割文件的预处理，预先获得该连续小线段运动运动的小线段的段数为n；
步骤(2)、根据用户设置的速度大小以及连续小线段之间的夹角θ，确定裁床在连续小线段运动中各个小线段终点的约束速度表(V1,V2,...,Vn)，并设当前线段目标点的约束速度为vc；
步骤(3)、裁床的最大加速度为amax，根据S型速度规划的速度特性、最大直线速度vmax和最大加速度amax，获得裁床的离散加速度表(a1,a2,...,am)以及对应的离散速度表(v1,v2,...,vm)；
步骤(4)、设裁床进行连续小线段运动的起始速度为vs，根据连续小线段运动的最后一个目标点的速度vm和第一个小线段的起始速度vs获得裁床在连续小线段的最终目标点速度表(V1,V2,...,Vn)；把裁床即将运动的小线段长度L、最终目标点速度表(V1,V2,...,Vn)、步骤3)中的离散加速度表(a1,a2,...,am)以及对应的离散速度表(v1,v2,...,vm)进行处理运算，从而调整伺服电机在该线段实际能达到的最大速度，对该电机在连续小线段上的速度规划进行优化，降低裁床进行连续小线段运动的抖动现象。
进一步的，所述步骤(2)中，裁床的小线段长度L无法在正常速度规划下达到最大速度再减速，裁床切割通过连续小线段模拟曲线运动，在进行连续小线段运动时，在其中一条小线段上运动的起始速度和到达目标点的目标点速度都不为0。
进一步的，所述步骤(2)中，当两条线段夹角θn较大，两条线段的过渡速度过高时，裁床就容易发生抖动和冲击，因此需要约束速度进行约束，
当前线段目标点的约束速度vc与目标点前后线段夹角θc的值有关，对应公式为：
Figure BDA0002325961870000031
进一步的，所述步骤(3)中，加速度表是从速度为0时开始加速，当裁床速度到达一定值时，加速度值会进行对应的改变，裁床的每一个速度段都对应着一个加速度值；
即当前速度v∈(vi-1,vi)时，当前加速度a＝ai，其中i＞＝1且i＜＝m，v0＝0。当速度到达vc时，加速度变为0；若该线段的起始速度vs大于目标点的约束速度vc，则先进行加速运动，若该线段的起始速度vs小于目标点的约束速度vc，则先进行减速运动。
进一步的，所述步骤(4)中，裁床通过切割顺序计算实际目标点速度，并用相同的方法对反方向的切割顺序也计算实际的目标点速度，最终通过比较得到最终的目标点速度表。裁床根据小线段的起始速度和目标点速度的不同，分别进行加速和减速运动，当达到最大速度vmax时，则进行匀速运动，最终实现在连续小线段中的连续运动。
本发明的有益效果是：
1、在裁床进行小线段时采用单独的速度规划控制，可以很好得避免了裁床在进行小线段运动时由于速度造成的抖动和冲击，提高了裁床的稳定性；
2、该裁床控制方法是基于STM32F407实现的，芯片资源丰富并且减小了裁床控制器的体积，方遍安装调试；
3、在裁床小线段运动的过程中，通过离散查表的的方式进行速度规划，可以减少运动过程中系统计算的时间，提升了出来效率，从而使裁床的实时性得到了提高。
附图说明
图1为一条简单的连续小线段。
图2为与图1连续小线段对应的速度变化曲线。
图3为裁床连续小线段离散速度控制的实现流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本速度控制方法做进一步的描述。
参考图1、图2和图3，一种裁床小线段离散运动的速度控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)、读取即将要进行运动的线段长度L，如果L<＝Lminline，那么即将裁床运动的轨迹是小线段，进行即将进行的小线段速度处理，否则仍然按照原来的速度规划进行运动，通过对切割文件的预处理，预先获得该连续小线段运动运动的小线段的段数为n；
步骤(2)、根据用户设置的速度大小以及连续小线段之间的夹角θ，确定裁床在连续小线段运动中各个小线段终点的约束速度表(V1,V2,...,Vn)，并设当前线段目标点的约束速度为vc；
步骤(3)、裁床的最大加速度为amax，根据S型速度规划的速度特性、最大直线速度vmax和最大加速度amax，获得裁床的离散加速度表(a1,a2,...,am)以及对应的离散速度表(v1,v2,...,vm)；
步骤(4)、设裁床进行连续小线段运动的起始速度为vs，根据连续小线段运动的最后一个目标点的速度vm和第一个小线段的起始速度vs获得裁床在连续小线段的最终目标点速度表(V1,V2,...,Vn)；把裁床即将运动的小线段长度L、最终目标点速度表(V1,V2,...,Vn)、步骤3)中的离散加速度表(a1,a2,...,am)以及对应的离散速度表(v1,v2,...,vm)进行处理运算，从而调整伺服电机在该线段实际能达到的最大速度，对该电机在连续小线段上的速度规划进行优化，降低裁床进行连续小线段运动的抖动现象。
所述步骤(1)中，裁床的小线段长度L无法在正常速度规划下达到最大速度再减速，裁床切割通过连续小线段模拟曲线运动，在进行连续小线段运动时，在其中一条小线段上运动的起始速度和到达目标点的目标点速度都可能不为0。
所述步骤(2)中，当两条线段夹角θn较大，两条线段的过渡速度过高时，裁床就容易发生抖动和冲击，因此需要约束速度进行约束。
当前线段目标点的约束速度vc与目标点前后线段夹角θc的值有关，对应公式为：
Figure BDA0002325961870000051
再进一步，所述步骤(3)中，加速度表是从速度为0时开始加速。当裁床速度到达一定值时，加速度值会进行对应的改变。裁床的每一个速度段都对应着一个加速度值。
即当前速度v∈(vi-1,vi)时，当前加速度a＝ai，其中i＞＝1且i＜＝m，v0＝0。当速度到达vc时，加速度变为0。若该线段的起始速度vs大于目标点的约束速度vc，则先进行加速运动，若该线段的起始速度vs小于目标点的约束速度vc，则先进行减速运动。
裁床的离散加速度a可以根据s型速度曲线规则和裁床的运动要求获得以下公式：
Figure BDA0002325961870000061
根据上述公式可以获得裁床的离散加速度表(a1,a2,...,am)，其中m＝35。裁床的离散速度表也可以通过以下公式获得：
Figure BDA0002325961870000062
所述步骤(4)中，裁床根据小线段的起始速度和目标点的约束速度不同，分别进行加速和减速运动，当达到最大速度vmax时，则进行匀速运动，最终实现在连续小线段中的连续运动。
根据连续小线段运动的第一个小线段的起始速度vs和第一个小线段的目标速度vc(vc＝V1)，进行加减速处理，若vs＞vc，则先进行加速运动，若vs＜vc，则先进行减速运动。当裁床到达第一个目标点时的实际速度vt≠vc，即裁床没到达最大约束速度就到达目标点时，应重新定义V1的值：
Figure BDA0002325961870000063
上述公式中，x和y是运动过程中，经过的加速度阶段几个的最小值和最大值，而ai和li则是对应加速度阶段的加速度值和加速距离。
li满足一下公式：
Figure BDA0002325961870000071
若vs＜vc，则公式中的加减号是加号。若vs＞vc，则公式中的加减号是减号。以此类推，可以起始点开始的连续小线段目标点速度表(V1,V2,...,Vn)。
即将以最后一条小线段的目标点速度Vn为起始速度，从反方向进行速度推导，获得逆向的目标点速度表(Vn',Vn-1',...,V1')。将分别将两个速度表的对应速度值一一比较，取较小的值保留，获得最终的目标点速度表(V1,V2,...,Vn)。
对裁床即将运动的小线段长度L、最终目标点速度表(V1,V2,...,Vn)、步骤(3)中的离散加速度表(a1,a2,...,am)以及对应的离散速度表(v1,v2,...,vm)进行处理运算，就可使裁床进行顺畅的连续小线段运动。
本发明的裁床连续小线段离散速度控制方法如图3所示，首先进行步骤S1，对当前运动的小线段长度与长线段最小值Lminline进行比较，若L<Lminline则进行步骤S2，否则返回开始阶段等待下一条线段进行判断。
在步骤S2中，通过预先读取切割文件中前后切割点之间的距离来计算连续小线段的段数n。之后在步骤S3中，通过各小线段之间的夹角θ和最大直线速度值vmax使用相应公式计算各目标点约束速度，并得到各个小线段终点的约束速度表(V1,V2,...,Vn)。
在步骤S4中，根据类S型曲线速度规划的特征，通过公式计算离散加速度表(a1,a2,...,am)以及对应的离散速度表(v1,v2,...,vm)。每当裁床速度到达一定值时，加速度值会进行对应的改变。裁床的每一个速度段都对应着一个加速度值。
之后进行步骤S5，通过正常运动顺序和逆方向顺序，使用步骤S4中得到的离散加速度表(a1,a2,...,am)和对应的离散速度表(v1,v2,...,vm)，进行加减速运动速度计算，分别计算得到目标点速度V和V'。在步骤S6与S7中，对两种方式获得的同一点目标速度进行比较，去速度较小的值，并在步骤S8中，将得到的目标点速度整合成最终的目标点速度表。
最后在步骤S9中，裁床加载预先计算好的离散加速度表、对应速度表与目标点速度表，进行连续小线段运动
本实施例的裁床连续小线段离散速度控制方法，通过直接从控制器芯片的存储单元加载出提前规划好的小线段离散加速度表、速度表和目标速度表，并且根据切割线段夹角改变相应小线段到达目标点的速度，减少了控制系统处理切割数据所花费的时间，降低了裁床进行连续小线段运动时发生冲击和抖动的可能，保证了裁床的工作效率和切割效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种裁床的连续小线段离散速度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、读取即将要进行运动的线段长度L，如果L<＝Lminline，那么即将裁床运动的轨迹是小线段，进行即将进行的小线段速度处理，否则仍然按照原来的速度规划进行运动，通过对切割文件的预处理，预先获得该连续小线段运动运动的小线段的段数为n；
步骤(2)、根据用户设置的速度大小以及连续小线段之间的夹角θ，确定裁床在连续小线段运动中各个小线段终点的约束速度表(V1,V2,...,Vn)，并设当前线段目标点的约束速度为vc；
步骤(3)、裁床的最大加速度为amax，根据S型速度规划的速度特性、最大直线速度vmax和最大加速度amax，获得裁床的离散加速度表(a1,a2,...,am)以及对应的离散速度表(v1,v2,...,vm)；
步骤(4)、设裁床进行连续小线段运动的起始速度为vs，根据连续小线段运动的最后一个目标点的速度vm和第一个小线段的起始速度vs获得裁床在连续小线段的最终目标点速度表(V1,V2,...,Vn)；把裁床即将运动的小线段长度L、最终目标点速度表(V1,V2,…,Vn)、步骤3)中的离散加速度表(a1,a2,...,am)以及对应的离散速度表(v1,v2,…,vm)进行处理运算，从而调整伺服电机在该线段实际能达到的最大速度，对该电机在连续小线段上的速度规划进行优化，降低裁床进行连续小线段运动的抖动现象。
2.如权利要求1所述的一种裁床的连续小线段离散速度控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，裁床的小线段长度L无法在正常速度规划下达到最大速度再减速，裁床切割通过连续小线段模拟曲线运动，在进行连续小线段运动时，在其中一条小线段上运动的起始速度和到达目标点的目标点速度都不为0。
3.如权利要求1所述的一种裁床的连续小线段离散速度控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，当前线段目标点的约束速度vc与目标点前后线段夹角θc的值有关，对应公式为：
Figure FDA0002325961860000021
4.如权利要求1或3所述的一种裁床的连续小线段离散速度控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中，加速度表是从速度为0时开始加速，当裁床速度到达一定值时，加速度值会进行对应的改变，裁床的每一个速度段都对应着一个加速度值；
即当前速度v∈(vi-1,vi)时，当前加速度a＝ai，其中i＞＝1且i＜＝m，v0＝0。当速度到达vc时，加速度变为0；若该线段的起始速度vs大于目标点的约束速度vc，则先进行加速运动，若该线段的起始速度vs小于目标点的约束速度vc，则先进行减速运动。
5.如权利要求4所述的一种裁床的连续小线段离散速度控制方法，其特征在于：步骤(4)中，通过切割顺序计算实际目标点速度，并用相同的方法对反方向的切割顺序也计算实际的目标点速度，最终通过比较得到最终的目标点速度表；裁床根据小线段的起始速度和目标点速度的不同，分别进行加速和减速运动，当达到最大速度vmax时，则进行匀速运动，最终实现在连续小线段中的连续运动。
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