CN113156890A - 一种非实时插补数控系统的倍率控制方法 - Google Patents

一种非实时插补数控系统的倍率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非实时插补数控系统的倍率控制方法，包括：根据当前轨迹段、所述当前轨迹段的前后两个轨迹段的速度计算所述当前轨迹段的初始速度、终止速度；将当前轨迹段对应的时间划分为相等的第一时间和第二时间；根据所述第一时间、第二时间、初始速度和终止速度计算中间速度；根据所述中间速度、起始速度、终止速度得到还原的速度曲线；根据所述还原速度曲线和非实时插补周期得到对应当前倍率的每个插补周期的速度曲线。本发明的技术方案是数控系统在非实时下进行倍率控制速度曲线的优化，既保证了计算负载率，也保证了再规划时速度连续的问题。

Description

一种非实时插补数控系统的倍率控制方法
技术领域
本发明涉及机床控制技术领域，尤其涉及一种非实时插补数控系统的倍率控制方法。
背景技术
目前数控系统非实时插补要处理的轨迹段大多是微小数据段，如图1至图3所示，非匀速状态下执行倍率变换的情况很常见，算法执行中倍率虽然按照S型平稳变换，但是上一段倍率变化过程未执行完，倍率变化过程的加速度没有降到0，而新倍率又开始执行一段新的S型倍率变换，加速度又从0开始执行，这样加速度就出现了不连续的情况，速度曲线出现频繁的抖动，造成加速度不连续，从而导致机床出现抖动的情况。
发明内容
本发明提供一种非实时插补数控系统的倍率控制方法，以克服上述技术问题。
本发明非实时插补数控系统的倍率控制方法，包括：
根据当前轨迹段、所述当前轨迹段的前后两个轨迹段的速度计算所述当前轨迹段的初始速度、终止速度；
将当前轨迹段对应的时间划分为第一时间和第二时间；
根据所述第一时间、第二时间、初始速度和终止速度计算中间速度；
根据所述中间速度、起始速度和终止速度得到还原的速度曲线；
根据所述还原速度曲线、当前倍率和非实时插补周期得到与所述当前倍率对应的每个插补周期的速度曲线。
进一步地，所述根据当前轨迹段、所述当前轨迹段的前后两个轨迹段的速度计算所述当前轨迹段的初始速度、终止速度，包括：
根据当前轨迹段与前一个轨迹段的速度计算第一平均速度，所述第一平均速度为当前轨迹段的初始速度；
根据当前轨迹段与后一个轨迹段的速度计算第二平均速度，所述第二平均速度为当前轨迹段的终止速度。
进一步地，所述根据所述第一时间、第二时间、初始速度和终止速度计算中间速度，包括：
根据第一时间和第二时间将当前轨迹段划分为两部分；
所述第一时间、第二时间、初始速度和终止速度计算分别计算第一时间和第二时间对应的运行轨迹长度；
根据所述第一时间、第二时间对应的运行轨迹长度以及当前轨迹段计算中间速度。
进一步地，所述根据所述中间速度曲线和非实时插补周期得到对应当前倍率的每个插补周期的速度曲线，包括：
根据当前倍率和插补周期计算倍率调整后的插补时间；
根据倍率调整后的插补时间重新划分对应倍率的还原速度曲线。
本发明的技术方案是数控系统在非实时下进行倍率控制速度曲线的优化，既保证了计算负载率，也保证了再规划时速度连续的问题。解决了现有技术中机床倍率变化加减速过程中机床加速度不连续的问题，降低了由于加速度不连续产生的较大加速度而导致的机床出现抖动的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术非匀速状态下执行倍率变换的速度时间曲线示意图；
图2是现有技术非匀速状态下执行倍率变换的速度时间曲线示意图；
图3是现有技术非匀速状态下执行倍率变换的加速度时间曲线示意图；
图4是本发明倍率控制速度还原模型示意图；
图5是本发明初始速度和终止速度构造示意图；
图6是本发明连续多个轨迹段速度曲线的还原的速度曲线示意图；
图7是本发明插补结束位置说明示意图；
图8是本发明插补结束位置另一说明示意图；
图9是本发明每个插补周期按照插补时间输出的速度示意图；
图10是本发明执行倍率变换的速度时间曲线；
图11是图10局部放大图；
图12是本发明执行倍率变换的加速度时间曲线；
图13是本发明非实时插补数控系统的倍率控制流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
图13是本发明非实时插补数控系统的倍率控制流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：
步骤101、根据当前轨迹段、所述当前轨迹段的前后两个轨迹段的速度计算所述当前轨迹段的初始速度、终止速度；
步骤102、将当前轨迹段对应的时间划分为相等的第一时间和第二时间；
步骤103、根据所述第一时间、第二时间、初始速度和终止速度计算中间速度；
步骤104、根据所述中间速度、起始速度、终止速度得到还原的速度曲线；
步骤105、根据所述还原速度曲线、当前倍率和非实时插补周期得到与所述当前倍率对应的每个插补周期的速度曲线。
具体而言，由于实时插补要对之前已经规划的部分进行删除，再重新进行规划，进而造成计算负载率比较过高；非实时插补数控系统预先按照给定进给速度计算出一列插补数据，计算后的插补数据再进行实时输出完成机床的控制要求。倍率变化必须对插补数据进行换算。而非实时则是在已经规划完的部分的基础上进行改进，无需对原有的部分进行删除，从而降低了计算的负载率。非实时插补数控系统，由于插补数据提前生成，在进行倍率变化时已经不能通过对插补速度来进行倍率变化，而必须通过对插补后的数据进行倍率变化来实现。
由于倍率变化必须对插补数据进行换算，但是如果前后轨迹段速度不同的话，直接按照倍率比例对插补数据进行划分，会造成速度跳跃，导致机床震动，倍率模块接收的速度曲线如果不是整体匀速运动的情况下是不连续的，因此需要对整体输出的速度进行平滑处理。如图4中条形部分所示等时间的轨迹段，每一段轨迹段都是匀速运动的，这样会导致两段之间的加速度不连续，因此需要要建立平滑曲线，减小加速度突变，图4中曲线就是采用模型还原的理想速度曲线，该曲线足够平滑。
本申请对连续多段轨迹段的首末速度进行同样的处理，可得到经过处理后还原的速度曲线，如图6所示，经过处理后的还原曲线相比较于原始的速度曲线，处理后的速度曲线更接近图4中要求的平滑曲线，在还原的速度曲线的基础上按照倍率变化的时间比例进行重新插补计算，进而降低了速度曲线抖动的频率，从而减少了机床震动情况的发生。
本实施例将当前轨迹段的初始速度和终止速度与当前轨迹段的前后两个相邻的轨迹段的速度相关联，根据计算中间速度得到还原的速度曲线，通过还原的速度曲线和非实时插补周期得到对应当前倍率的每个插补周期的速度曲线。
进一步地，所述根据当前轨迹段、所述当前轨迹段的前后两个轨迹段的速度计算所述当前轨迹段的初始速度、终止速度，包括：
根据当前轨迹段与前一个轨迹段的速度计算第一平均速度，所述第一平均速度为当前轨迹段的初始速度；
根据当前轨迹段与后一个轨迹段的速度计算第二平均速度，所述第二平均速度为当前轨迹段的终止速度。
具体而言，如图5所示，本实施例的起始速度为Vs和终止速度为Ve。当前轨迹段速度为V2，前一个轨迹段速度为V1，后一个轨迹段速度为V3。本实施例中V1＝0.014167mm/ms，V2＝0.01667mm/ms，根据第一平均速度Vs＝(V1+V2)/2，计算得到Vs＝0.0154mm/ms，也即初始速度为0.0154mm/ms。V2＝0.01667mm/ms，V3＝0.019167mm/ms，根据第二平均速度Ve＝(V2+V3)/2，计算得到Ve＝0.0179mm/ms，也即终止速度为0.0179mm/ms。
进一步地，所述根据所述第一时间、第二时间、初始速度和终止速度计算中间速度，包括：
根据第一时间和第二时间将当前轨迹段划分为两部分；
所述第一时间和第二时间分别运行的轨迹长度与当前轨迹段计算中间速度。
具体而言，如图5所示，当前轨迹段长度为S2，插补周期为dT，中间速度为Vm。第一时间与第二时间相等为dT/2。第一时间和第二时间运行的轨迹长度之和为S2。因此，两个阴影区域围成的两个梯形面积之和为S2，本实施例中
S2＝0.033mm，dT＝2ms，根据Vm＝(4*S2/dT-Vs-Ve)/2，计算得到Vm＝0.01635mm/ms。
进一步地，所述根据所述中间速度曲线和非实时插补周期得到对应当前倍率的每个插补周期的速度曲线，包括：
根据当前倍率和插补周期计算倍率调整后的插补时间；
具体而言，假设当前轨迹段插补周期起始时间为st＝0，当前倍率值为K＝80％的比例进行以每段插补时间为dOutTime＝K*dT的长度进行插补数据的输出，可得到插补结束时间et＝st+dOutTime＝1.6ms。
根据倍率调整后的插补时间重新划分对应倍率的还原速度曲线。
具体而言，根据倍率调整后的插补时间划分对应的还原速度曲线分为两种情况：
一、当倍率调整后的插补时间dT/2<dOutTime<dT时，如图7所示，插补结束时间在图中阴影区域内，说明当前轨迹段足够一个插补时间输出，可根据之前构造的梯形计算当前插补结束的速度。该速度为overspd＝Vm+(Ve-Vm)*(st+dOutTime-dT/2)*(dT/2)
根据该部分插补周期所对应的的梯形面积即为当前周期插补长度dS＝dS1+dS2，
其中，dS1＝(Vs+Vm)*(dT/2)/2，dS2＝(Vm+overspd)*(dOutTime-dT/2)/2。
二、当倍率调整后的插补时间0<dOutTime<dT/2时，如图8所示，插补结束时间在阴影区域内，该阴影区域为第一时间dT/2所对应的区域，当前轨迹段足够一个插补时间输出，可根据之前构造的梯形计算当前插补结束的速度overspd＝Vs+(Vm-Vs)*(st+dOutTime)*(dT/2)，根据这部分插补周期所对应的梯形面积即为当前周期插补长度dS＝(Vs+overspd)*(st+dOutTime)/2。
根据倍率调整后的插补时间重新划分还原速度曲线如图9所示，在一个插补周期到另一个插补周期过渡的情况下，速度变化循序渐进，相对比较平缓，不会出现速度的巨大跳跃，保证了速度的平滑和加速度的连续。将本发明的倍率控制方法，在机床上进行实例验证，得到如图10和图11所示的倍率变换的速度曲线，速度曲线相比较于图1中的速度曲线更加的光滑，减少了速度曲线频繁抖动的情况，从而减少机床出现震动的情况。如图12所示的加速度曲线。可以看出在倍率变化过程中，加速度不再出现图3中的跳跃情况，不仅实现了去除了加速度的尖峰同时提高了加速度的连续性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种非实时插补数控系统的倍率控制方法，其特征在于，包括：
根据当前轨迹段、所述当前轨迹段的前后两个轨迹段的速度计算所述当前轨迹段的初始速度、终止速度；
将当前轨迹段对应的时间划分为第一时间和第二时间；
根据所述第一时间、第二时间、初始速度和终止速度计算中间速度；
根据所述中间速度、起始速度和终止速度得到还原的速度曲线；
根据所述还原速度曲线、当前倍率和非实时插补周期得到与所述当前倍率对应的每个插补周期的速度曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前轨迹段、所述当前轨迹段的前后两个轨迹段的速度计算所述当前轨迹段的初始速度、终止速度，包括：
根据当前轨迹段与前一个轨迹段的速度计算第一平均速度，所述第一平均速度为当前轨迹段的初始速度；
根据当前轨迹段与后一个轨迹段的速度计算第二平均速度，所述第二平均速度为当前轨迹段的终止速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一时间、第二时间、初始速度和终止速度计算中间速度，包括：
根据第一时间和第二时间将当前轨迹段划分为两部分；
所述第一时间、第二时间、初始速度和终止速度计算分别计算第一时间和第二时间对应的运行轨迹长度；
根据所述第一时间、第二时间对应的运行轨迹长度以及当前轨迹段长度计算中间速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述中间速度曲线和非实时插补周期得到对应当前倍率的每个插补周期的速度曲线，包括：
根据当前倍率和插补周期计算倍率调整后的插补时间；
根据倍率调整后的插补时间重新划分对应倍率的还原速度曲线。
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