CN111857059B - 一种改进的s形加减速模型计算方法 - Google Patents

一种改进的s形加减速模型计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种改进的S形加减速模型计算方法，包括以下步骤：(1)建立新的引入四阶加速度限制的五段S形加减速模型，包括加加速、匀加速、减加速、匀减速、减减速等五个阶段；(2)判断当前插补速度是否超出机床所允许的最大速度，根据不同速度和路径长度分别计算出每个阶段所需的加工时间；(3)将获得的加工时间其带入改进的加减速模型中获得关键点处可到达的实际加工速度，并绘出该速度以及加速度规划曲线。本发明方法可显著提高效率。

Description

一种改进的S形加减速模型计算方法
技术领域
本发明属于数控加工领域，特别是涉及五轴加工速度规划中改进的S形加减速模型计算方法。
背景技术
自由曲面由于本身优良的几何特征在航空航天、汽车、船舶和各种高技术装备中被广泛的应用，自由曲面零件的五轴加工技术也随之受到越来越多的关注。我国高端数控系统目前主要依赖进口，因此不断研究关键数控技术问题，对国家装备制造业发展具有重要的现实意义。作为数控加工技术领域的一个重要课题，国内外许多学者对此也展开了大量的研究工作。ZHANG[1]提出基于对偶四元数的刀具路径规划方法，既提高了刀具轨迹运动的平稳性又满足了加工精度的需求。B.S[2]结合机床特征优化步长和进给角度，提出了一种基于步长优化提高五轴加工速度的方法。Javad[3]基于优化的5次S形速度规划曲线，提出了一种自适应速度 /加速度限制的NURBS插补算法，引入了速度斜率修正系数和零终点加速度和加加速度的概念，该算法具有较好的速度平滑性并缩短了总加工时间。WANG[4]依据插补精度与进给速度的关系，将NURBS曲线划分为若干段，并对各个分段进行相应的速度规划处理。
[1]Zhang Liqiang,Zhang Shoujun,Wang Yuhan,.Double NURBS five-axistool path planning with equal distance based on dual quaternion[J].ComputerIntegrated Manufacing System,2014,20(1):128-133(in Chinese).
[2]So B S,Jung Y H,Kurfess T R,Hwang S M.5-axis maching speedenhancement by step length optimization[J].Journal of Materials ProcessingTechnology,2007:1-3.
[3]Javad J,Mohammad R A.A novel acc-jerk-limited NURBS interpolationenhanced with an optimized S-shaped quintic feedrate scheduling scheme[J].TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology,2015,77(9-12).1189-1905.
[4]WANG G Z，LIANG H B.An Acceleration-deceleration Control Method ofNURBS Curve with Real-time Look ahead Function[J].Machinery Design&Manufacture,2016(6):103-106.
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种改进的S形加减速模型计算方法，本发明提出了建立新的引入四阶加速度限制的五段S形加减速模型，根据不同速度和路径长度分别计算出每个阶段所需的加工时间，将获得的加工时间其带入改进的加减速模型中获得关键点处可到达的实际加工速度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种改进的S形加减速模型计算方法，包括以下步骤：
(1)建立引入四阶加速度限制的五段S形加减速模型，包括加加速、匀加速、减加速、匀减速、减减速五个阶段；
(2)判断当前插补速度是否超出机床所允许的最大速度，根据不同速度和路径长度分别计算出每个阶段所需的加工时间；
(3)将获得的加工时间带入加减速模型中获得关键点处到达的实际加工速度，并绘出实际加工速度以及加速度规划曲线。
进一步的，步骤(1)中，五段S形加减速模型下的加工加速度、加工速度和加工路径的函数表达式为:
上式中，Sm,Sn均表示设定的四阶加速度，Lx、Vx、Ax分别表示第x段结束时的距离、速度、加速度，其中x＝0,1,...,5(x＝0表示初始状态)；Ty表示第y段的时长，ty表示第y段的时间，τy表示第y段的时间常数，其中y＝1,...,5。
进一步的，依据加加速度能否达到极值分为两类，若能够达到，则：
否则：
T2＝T4＝0,/>
其中，Sm,Sn均表示设定的四阶加速度，Jm,Am分别表示设定的加加速度以及加速度， T1,T2,T3,T4,T5分别表示每个阶段所需的加工时间，Δv＝|ve-vs|；vs,ve分别表示当前加工阶段的初始速度以及末尾速度。
进一步的，若满足d1+d2≤d,则表明Vm能够达到，并保持该速度持续一段时间，此时第三阶段加工时间：
其中，d1、d2表示从速度vk到Vm、Vm到vk+i+1两个过程中的路径长度，vk、vk+i+1分别表示第 k、k+i+1个插补点的速度，d为两插补点之间的曲线距离，Vm为允许的最大速度。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明的方法引入了四阶加速度限制，建立新的S形加减速模型实现了加工速度与加速度的平稳变化，具有较好的柔性以避免失步、超程和冲击，而现有方法由于加速度不连续、速度不够平滑等原因造成能量损耗，使得加工速度有所下降从而影响了加工效率。
本发明的方法引入了四阶加速度限制，使得加加速度呈折线变化，从而实现了加速度曲线连续和速度曲线连续，均没有产生转折与突变。加速度的变化反映了冲击情况，柔性加速度可以避免现有技术中因加工过程中失步、冲击造成的能量损耗和精度降低等问题；速度是否平滑波动又影响了加工效率，在满足平滑性的前提下尽可能的提高加工速度既避免了加工振动，也可以提高效率。
附图说明
图1是改进的四阶加速度限制下的模型示意图。
图2是调整加工速度在允许范围内的计算过程。
图3是改进的实际加速度变化图。
图4是三种不同速度变化对比图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。
本发明保护一种改进的S形加减速模型计算方法，具体如下：
1.建立改进的五段S形加减速模型
改进的五段S形加减速模型如下图1所示，包括加加速、匀加速、减加速、匀减速、减减速等5个阶段，与传统的七段S形加减速模型相比不仅新引入了四阶加速度限制，还减少了匀速段和加减速2个阶段。
上式是加工加速度、加工速度和加工路径的函数表达式，Sm,Sn均表示设定的四阶加速度， Lx,Vx,Ax分别表示第x段结束时的距离、速度、加速度，其中x＝0,1,...,5(x＝0表示初始状态)。 Ty表示第y段的时长，ty表示第y段的时间，τy表示第y段的时间常数，其中y＝1,...,5。
2.计算每个阶段所需的加工时间
(1)如果vk+1＜Vm，令Δv＝|ve-vs|。vk+1,Vm,vs,ve分别表示第k+1个插补点的速度，允许的最大速度，当前加工阶段的初始速度以及末尾速度。
再依据加加速度能否达到极值将所有的情况分为两类，若可以达到，则各阶段所需时间如下：
若加加速度不能达到极值，则：
T2＝T4＝0,/>
其中，Sm,Sn均表示设定的四阶加速度，Jm,Am分别表示设定的加加速度以及加速度， T1,T2,T3,T4,T5分别表示每个阶段所需的加工时间。将上述加工速度在机床允许范围内的情况下计算加工时间的过程称为算法1。
(2)如果vk+1≥Vm，假设i为满足vk+j＝Vm,j＝1,...,i成立的最大数值，其中vk+j表示第k+j个插补点的速度。计算流程如下所示：
设dn为完成五段S形加减速模型的路径总长度，且计算公式如下，vs,ve分别表示初始速度以及末尾速度。
通过算法1以初始速度vk、末尾速度vk+i+1计算出每个阶段所需的加工时间，再代入公式 (6)中计算出模型的路径总长度dn，比较dn和d的大小。其中，vk、vk+i+1分别表示第k、k+i+1 个插补点的速度，d为两插补点之间的曲线距离，Vm为允许的最大速度。
若dn＞d，说明当前插补距离不能完成S加减速模型需停止当前计算，反之则继续以下计算。分别利用算法1以初始速度vk、末尾速度Vm和初始速度Vm、末尾速度vk+i+1计算出前两个阶段的时间t1、t2以及后两个阶段的时间t4、t5，并得到从速度vk到Vm、Vm到vk+i+1两个过程中的路径长度d1、d2路径长度。
若满足d1+d2≤d,则表明Vm可以达到，并保持该速度持续一段时间，此时第三阶段加工时间T3＝(d-d1-d2)/Vm。另外，上述t1,t2,t4,t5即为所求T1,T2,T4,T5。若d1+d2＞d,则设T3＝0,v0＝Vm,v1＝vk+i+1,v2＝(v0+v1)/2,再利用算法1以初始速度v0、末尾速度v2和初始速度v2、末尾速度v1重复上述步骤直到满足|d1+d2-d|＜δ,则可计算出该情况下每个阶段的时间。其中，d1、d2表示从速度vk到Vm、Vm到vk+i+1两个过程中的路径长度，vk、vk+i+1分别表示第k、k+i+1个插补点的速度，δ为无穷小的数值。
3.获得可到达的实际加工速度
所有的情况可分为vk+1＜Vm以及vk+1≥Vm两类，把改进的五段S形加减速模型中每个阶段所需的加工时间T1,T2,T3,T4,T5代入公式(1)、(2)中，得到实际加速度和加工速度规划曲线，如下图3，4所示。
综上，加减速的目的是实现速度的平稳变化，具有较好的柔性以避免失步、超程和冲击，同时要尽量少地降低效率损失及尽快地进行加速，目前自由曲面加工中的加减速变化规律还有待研究。常用的加减速控制方法中，直线加减速算法由于加速度不连续，速度不够平滑，容易导致加工振动进而造成工件加工精度下降；指数型加减速算法的耗时较长，在加速与减速起始、终点仍存在着加速度的突变。而引入四阶加速度限制下的S形加减速的加速度连续，没有加速度突变点，能够满足柔性要求。综合来看，本发明提出的路径速度规划方法有利于高速高效地实现自由曲面实际加工。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种改进的S形加减速模型计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)建立引入四阶加速度限制的五段S形加减速模型，包括加加速、匀加速、减加速、匀减速、减减速五个阶段；
(2)判断当前插补速度是否超出机床所允许的最大速度，根据不同速度和路径长度分别计算出每个阶段所需的加工时间；依据加加速度能否达到极值分为两类，若能够达到，则：
否则：
T2＝T4＝0，
其中，Sm,Sn均表示设定的四阶加速度，Jm,Am分别表示设定的加加速度以及加速度，T1,T2,T3,T4,T5分别表示每个阶段所需的加工时间，Δv＝|ve-vs|；vs,ve分别表示当前加工阶段的初始速度以及末尾速度；
(3)将获得的加工时间带入加减速模型中获得关键点处到达的实际加工速度，并绘出实际加工速度以及加速度规划曲线。
2.根据权利要求1所述一种改进的S形加减速模型计算方法，其特征在于，步骤(1)中，五段S形加减速模型下的加工加速度、加工速度和加工路径的函数表达式为:
上式中，Sm,Sn均表示设定的四阶加速度，Lx、Vx、Ax分别表示第x段结束时的距离、速度、加速度，其中x＝0,1,...,5(x＝0表示初始状态)；Ty表示第y段的时长，ty表示第y段的时间，τy表示第y段的时间常数，其中y＝1,...,5。
3.根据权利要求1所述一种改进的S形加减速模型计算方法，其特征在于，步骤(2)中，若满足d1+d2≤d,则表明Vm能够达到，并保持该速度持续一段时间，此时第三阶段加工时间：
其中，d1、d2表示从速度vk到Vm、Vm到vk+i+1两个过程中的路径长度，vk、vk+i+1分别表示第k、k+i+1个插补点的速度，d为两插补点之间的曲线距离，Vm为允许的最大速度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112947296B (zh) * 2021-03-10 2022-04-26 深圳市泰达智能装备有限公司 一种五轴速度规划方法、装置、计算机设备和存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012029547A (ja) * 2010-06-23 2012-02-09 Denso Corp 車両の走行用モータ制御装置、車両用のモータ制御システム、記憶媒体、モータの検出角度補正方法、及び回転検出装置
CN107272598A (zh) * 2017-07-14 2017-10-20 福建工程学院 一种加工路径长度已知的nurbs曲线插补方法
CN107291053A (zh) * 2017-07-14 2017-10-24 福建工程学院 一种nurbs曲线直接插补柔性加减速控制方法
CN109991932A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 一种物流搬运设备s曲线加减速速度规划与控制方法
CN110109491A (zh) * 2019-05-30 2019-08-09 深圳市众为创造科技有限公司 连续s曲线加减速运动控制方法、系统及电子设备
CN110778767A (zh) * 2019-10-15 2020-02-11 陕西科技大学 一种具有转速闭环控制的电动阀门及控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012029547A (ja) * 2010-06-23 2012-02-09 Denso Corp 車両の走行用モータ制御装置、車両用のモータ制御システム、記憶媒体、モータの検出角度補正方法、及び回転検出装置
CN107272598A (zh) * 2017-07-14 2017-10-20 福建工程学院 一种加工路径长度已知的nurbs曲线插补方法
CN107291053A (zh) * 2017-07-14 2017-10-24 福建工程学院 一种nurbs曲线直接插补柔性加减速控制方法
CN109991932A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 一种物流搬运设备s曲线加减速速度规划与控制方法
CN110109491A (zh) * 2019-05-30 2019-08-09 深圳市众为创造科技有限公司 连续s曲线加减速运动控制方法、系统及电子设备
CN110778767A (zh) * 2019-10-15 2020-02-11 陕西科技大学 一种具有转速闭环控制的电动阀门及控制方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
付进伟 ; 董辉 ; 王建军 ; .连续小直线段速度控制算法研究.机械设计与制造.2012,(06),全文. *
基于Matlab的S曲线加减速控制算法研究;胡永安;陈彩凤;杨萌;;电子科技(04);全文 *
胡永安 ; 陈彩凤 ; 杨萌 ; .基于Matlab的S曲线加减速控制算法研究.电子科技.2017,(04),全文. *
连续小直线段速度控制算法研究;付进伟;董辉;王建军;;机械设计与制造(06);全文 *

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