CN113495531B - 数控模型的速度控制方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种数控模型的速度控制方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：根据获取的目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度计算直线规划位移，并判断直线规划位移是否满足直线规划条件；若否，则根据直线规划条件调整初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移；根据调整后直线规划位移、初速度和末速度，计算各运动阶段的离散化运动时间；根据离散化运动时间计算各插补周期的插补速度；根据调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。采用本方法使得机床在按照滤波后插补速度进行加工时避免了对机床造成冲击。

Description

数控模型的速度控制方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本申请涉及数控系统技术领域，特别是涉及一种数控模型的速度控制方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

数控系统中，加工时微处理器需要对控制对象(即刀具)进行频繁的加速减速控制，而加减速控制方法的选择直接影响到运动系统的稳定性以及加工工件的表面质量和加工效率。数控系统中常用的加减速控制模型有直线加减速、七段S型加减速、三角函数和指数型加减速等。其中，直线加减速控制模型因具有计算简单、速度易于控制等优点，被广泛应用于数控系统中。

然而，采用直线加减速控制模型的数控系统，在机床起始和停止位置处速度会从最大值跳跃到最小值，加速度突变导致机床存在冲击现象。

发明内容

基于此，有必要针对传统的采用直线加减速控制模型的数控系统中机床存在冲击的技术问题，提供一种的数控模型的速度控制方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种数控模型的速度控制方法，所述方法包括：

获取目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度；

根据所述目标位移、所述初始滤波窗口长度、所述初速度和所述末速度计算直线规划位移，并判断所述直线规划位移是否满足直线规划条件；

若否，则根据所述直线规划条件调整初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移；

根据所述调整后直线规划位移、所述初速度和所述末速度，计算各运动阶段的离散化运动时间；所述各运动阶段包括匀加速直线运动阶段、匀速直线运动阶段和匀减速直线运动阶段；

根据所述离散化运动时间计算各插补周期的插补速度；

根据所述调整后滤波窗口长度对所述插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。

在一个实施例中，所述方法还包括：

获取数控系统支持的最大加速度或最大减速度；

根据所述初速度、所述末速度、所述最大加速度或所述最大减速度，计算单运动状态位移；所述单运动状态位移为只有加速运动阶段的位移或只有减速运动阶段的位移；

所述直线规划条件为所述直线规划位移大于等于所述单运动状态位移。

在一个实施例中，所述方法还包括：

若所述直线规划位移满足直线规划条件，则保持所述初始滤波窗口长度不变。

在一个实施例中，所述方法还包括：

判断所述调整后滤波窗口长度是否小于最小第一窗口阈值；

若是，则将所述最小第一窗口阈值确定为所述调整后滤波窗口长度，并根据所述最小第一窗口阈值调整所述末速度，得到调整后末速度；

所述将所述调整后直线规划位移、所述初速度和所述末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的离散化运动时间，包括：

将所述目标位移、所述初速度和所述调整后末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的离散化运动时间。

在一个实施例中，所述根据所述调整后直线规划位移、所述初速度和所述末速度，计算各运动阶段的离散化运动时间，包括：

将所述调整后直线规划位移、所述初速度和所述末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的连续性运动时间；

对所述连续性运动时间进行离散化处理，得到离散化运动时间。

在一个实施例中，所述将所述调整后直线规划位移、所述初速度和所述末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的连续性运动时间，包括：

获取数控系统支持的最大速度；

将所述调整后直线规划位移、所述初速度、所述末速度和所述最大速度代入直线加减速运动关系式，分别计算出匀加速直线运动阶段的第一运动时间、匀速直线运动阶段的第二运动时间和匀减速直线运动阶段的第三运动时间。

在一个实施例中，所述对所述连续性运动时间进行离散化处理，得到离散化运动时间，包括：

获取插补周期；

根据所述插补周期，对所述第一运动时间、所述第二运动时间和所述第三运动时间进行离散化处理，得到第一离散运动时间、第二离散运动时间和第三离散运动时间。

在一个实施例中，所述根据所述离散化运动时间计算各插补周期的插补速度，包括：

根据所述离散化运动时间对所述最大速度、所述最大加速度和最大减速度进行调整，得到调整后最大速度、调整后最大加速度和调整后最大减速度；

将所述离散运动时间、调整后最大速度、调整后最大加速度和调整后最大减速度代入所述直线加减速运动关系式，计算各插补周期的插补速度。

在一个实施例中，所述根据所述离散化运动时间对所述最大速度和所述最大加速度进行调整，得到调整后最大速度和调整后最大加速度，包括：

根据所述第一离散运动时间、所述第二离散运动时间和所述第三离散运动时间，对所述最大速度和所述最大加速度进行调整，得到调整后最大速度和调整后最大加速度。

一种数控模型的速度控制装置，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度；

直线规划位移计算模块，根据所述目标位移、所述初始滤波窗口长度、所述初速度和所述末速度计算直线规划位移，并判断所述直线规划位移是否满足直线规划条件；

调整模块，用于当所述直线规划位移不满足直线规划条件时，根据所述直线规划条件调整初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移；

运动时间离散模块，用于根据所述调整后直线规划位移、所述初速度和所述末速度，计算各运动阶段的离散化运动时间；所述各运动阶段包括匀加速直线运动阶段、匀速直线运动阶段和匀减速直线运动阶段；

插补速度计算模块，用于根据所述离散化运动时间计算各插补周期的插补速度；

滑动滤波模块，用于根据所述调整后滤波窗口长度对所述插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。

在一个实施例中，所述数据获取模块，还用于获取数控系统支持的最大加速度或最大减速度；

所述直线规划位移计算模块，还用于根据所述初速度、所述末速度、所述最大加速度或所述最大减速度，计算单运动状态位移；所述单运动状态位移为只有加速运动阶段的位移或只有减速运动阶段的位移；

所述直线规划条件为所述直线规划位移大于等于所述单运动状态位移。

在一个实施例中，所述调整模块，还用于若所述直线规划位移满足直线规划条件，则保持所述初始滤波窗口长度不变。

在一个实施例中，所述调整模块还用于：

判断所述调整后滤波窗口长度是否小于最小第一窗口阈值；

若是，则将所述最小第一窗口阈值确定为所述调整后滤波窗口长度，并根据所述最小第一窗口阈值调整所述末速度，得到调整后末速度；

所述运动时间离散模块还用于：

将所述目标位移、所述初速度和所述调整后末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的离散化运动时间。

在一个实施例中，所述运动时间离散模块还用于：

将所述调整后直线规划位移、所述初速度和所述末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的连续性运动时间；

对所述连续性运动时间进行离散化处理，得到离散化运动时间。

在一个实施例中，所述运动时间离散模块还用于：

获取数控系统支持的最大速度；

将所述调整后直线规划位移、所述初速度、所述末速度和所述最大速度代入直线加减速运动关系式，分别计算出匀加速直线运动阶段的第一运动时间、匀速直线运动阶段的第二运动时间和匀减速直线运动阶段的第三运动时间。

在一个实施例中，所述运动时间离散模块还用于：

获取插补周期；

根据所述插补周期，对所述第一运动时间、所述第二运动时间和所述第三运动时间进行离散化处理，得到第一离散运动时间、第二离散运动时间和第三离散运动时间。

在一个实施例中，所述运动时间离散模块还用于：

根据所述离散化运动时间对所述最大速度、所述最大加速度和最大减速度进行调整，得到调整后最大速度、调整后最大加速度和调整后最大减速度；

将所述离散运动时间、调整后最大速度、调整后最大加速度和调整后最大减速度代入所述直线加减速运动关系式，计算各插补周期的插补速度。

在一个实施例中，所述运动时间离散模块还用于：

根据所述第一离散运动时间、所述第二离散运动时间和所述第三离散运动时间，对所述最大速度和所述最大加速度进行调整，得到调整后最大速度和调整后最大加速度。

一种数控设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一项所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的方法的步骤。

上述数控模型的速度控制方法、装置、计算机设备和存储介质，根据所获取的目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度计算直线规划位移，并判断直线规划位移是否满足直线规划条件，若否，则根据直线规划条件调整初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移，然后将调整后直线规划位移、初速度和末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的离散化运动时间，根据离散化运动时间计算各插补周期的插补速度，从而消除最后一个插补周期由于计算时间不是插补周期的整数倍导致的插补速度突变，并提升运动控制的精度，然后根据调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度，使得插补的加速度线性变化，从而使得机床在按照滤波后插补速度进行加工时避免了对机床造成冲击。

附图说明

图1为一个实施例中数控模型的速度控制方法的应用环境图；

图2为一个实施例中数控模型的速度控制方法的流程示意图；

图3为一个实施例中末速度调整步骤的流程示意图；

图4为一个实施例中运动时间离散化步骤的流程示意图；

图5为另一个实施例中数控模型的速度控制方法的流程示意图；

图6为一个实施例中仿真结果插补速度示意图；

图7为一个实施例中仿真结果加加速度示意图；

图8为一个实施例中仿真结果插补速度示意图；

图9为一个实施例中仿真结果插补速度示意图；

图10为一个实施例中数控模型的速度控制装置的结构框图；

图11为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的数控模型的速度控制方法，可以应用于如图1所示的数控系统中。该应用环境包括终端102、数控设备104和机床106，其中，数控设备104分别与终端102和机床106通信连接。数控设备104在获取目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度之后，根据目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度计算直线规划位移，并判断直线规划位移是否满足直线规划条件；若否，则根据直线规划条件调整初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移；根据目标位移、初速度和末速度，计算各运动阶段的离散化运动时间；各运动阶段包括匀加速直线运动阶段、匀速直线运动阶段和匀减速直线运动阶段；根据离散化运动时间计算各插补周期的插补速度；根据调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。其中数控设备104可以通过终端102获取目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度，并在得到滤波后插补速度后，通过数控系统中的伺服驱动器控制电机运动，从而使得机床106按照滤波后插补速度进行加工。终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种数控模型的速度控制方法，以该方法应用于图1中的数控设备为例进行说明，包括以下步骤：

S202，获取目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度。

其中，目标位移为直线规划的目标位移；滤波是对插补速度曲线进行调整，以使滤波后的插补速度曲线柔性化的过程，滤波窗口长度的大小决定了对插补速度的滤波程度，滤波窗口长度越小滤波程度越小，即滤波后的插补速度越接近原插补速度，初始滤波窗口长度是直线规划时所设定的滤波窗口长度的初始值；初速度为针对目标位移进行直线规划时的初始时刻的速度，末速度为针对目标位移进行直线规划时的末尾时刻的速度，末速度是可以根据具体地规划过程进行调整的。

在一个实施例中，用户可以通过终端输入直线规划所需的初始参数，并将该初始参数发送至数控设备。数控设备在接收到终端发送的初始参数之后，从该初始参数中提取出目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度。其中初始参数包括目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度，初始参数还可以包括数控系统所支持的最大速度、最大加速度、最大减速度。

S204，根据目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度计算直线规划位移，并判断直线规划位移是否满足直线规划条件。

其中，直线规划位移为目标位移与滤波增量位移的差。由于在直线规划的过程中，滤波前后会存在位移增量，因此本申请将目标位移作为直线规划滤波后的目标位移，从而后续可直接对根据目标位移确定的直线规划位移进行直线规划。

直线规划条件为直线规划位移大于等于单运动状态位移，其中单运动状态是指仅进行加速运动或者仅进行减速运动，单运动状态位移为只有加速运动阶段的位移或只有减速运动阶段的位移。直线规划位移大于等于单运动状态位移，表示在按数控系统所支持的最大加速度或最大减速度进行直线规划时，该直线规划位移的大小可以使机床达到所获取的末速度。

在一个实施例中，数控设备根据所述获取的初始滤波窗口长度、初速度和末速度计算位移增量，然后根据位移增量和目标位移计算出直线规划位移。具体可以通过公式(1)计算出位移增量，然后通过公式(2)计算出直线规划位移：

S＝S_target-S_p (2)

其中，S_p为位移增量，L初始滑动滤波窗口长度，V_s为初速度，V_e为末速度，S为直线规划位移，S_target为目标位移。

在一个实施例中，数控设备获取数控系统所支持的最大加速度或最大减速度，然后根据初速度、末速度和最大加速度计算出单运动状态位移，然后根据所计算出的单运动状态位移计算直线规划位移是否满足直线规划条件。其中数控设备获取数控系统的最大加速度的步骤可以是：数控设备从终端所发送的初始参数中提取出数控系统支持的最大加速度或最大减速度、或数控设备从内存总读取该数控系统所支持的最大加速度或最大减速度；数控设备通过公式(3)计算出单运动状态位移，然后通过公式(4)判断直线规划位移是否满足直线规划条件：

S≥S_k (4)

其中，S_k为单运动状态位移，a_u为最大加速度，a_d为最大减速度，V_e≥V_s表示仅进行加速或匀速运动，V_e＜V_s表示仅进行减速运动；S≥S_k表示直线规划位移满足直线规划条件。

S206，若否，则根据直线规划条件调整初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移。

在一个实施例中，若数控设备计算出的直线规划位移不满足直线规划条件，则根据直线规划条件对初始滤波窗口进行调整，调整过程如下公式(5)和公式(6)所示，首先令：

S'＝S_k (5)

其中，S'为调整后直线规划位移，然后调整后直线规划位移并结合上述公式(1)至公式(3)，求解出调整后滤波窗口长度，如公式(6)所示：

其中，L'为调整后滤波窗口长度，

为向下取整符号。

S208，根据调整后直线规划位移、初速度和末速度，计算各运动阶段的离散化运动时间。

在一个实施例中，数控设备在计算出调整后直线规划位移和调整后滤波窗口长度之后，根据调整后直线规划位移、初速度和末速度计算各运动阶段的连续性运动时间，然后对所计算的各运动阶段的连续性运动时间进行离散化处理，从而得到各运动阶段的离散化运动时间。其中，各运动阶段包括匀加速直线运动阶段、匀速直线运动阶段和匀减速直线运动阶段。

在一个实施例中，S204中若数控设备判断出直线规划位移满足直线规划条件，则数控设备直接根据直线规划位移、初速度和末速度，计算各运动阶段的连续性运动时间，然后对所计算的各运动阶段的连续性运动时间进行离散化处理，从而得到各运动阶段的离散化运动时间。

S210，根据离散化运动时间计算各插补周期的插补速度。

在一个实施例中，数控设备在计算出各运动阶段的离散化运动时间之后，根据该离散化运动时间，对数控系统实际可达到的最大速度、最大加速度、最大减速度进行调整，然后根据离散化运动时间和调整后的最大速度、调整后的最大加速度和调整后最大减速度计算各插补周期的插补速度。

在一个实施例中，数控设备得到的调整后最大速度、调整后最大加速度和最大减速度之后，计算各插补周期的插补速度，得到各周期的插补速度如下：

其中，F_i为第i个插补周期的插补速度，V_max为调整后最大速度，A_u为调整后最大加速度，A_d为调整后最大减速度。速度和加速度的单位量用周期进行换算，则T_s为单位量T_s＝1。

S212，根据调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。

其中，滑动滤波处理是对插补速度曲线进行调整，以使滤波后的插补速度曲线柔性化的过程。

在一个实施例中，数控设备在计算出各插补周期的插补速度之后，根据调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。

在一个实施例中，S204中若数控设备判断出直线规划位移满足直线规划条件，则数控设备直接根据直线规划位移、初速度和末速度，计算各运动阶段的离散化运动时间，并在根据离散化运动时间计算出插补周期的插补速度之后，根据初始滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。

在一个实施例中，数控设备在计算出离散的各插补周期的插补速度之后，按照调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度如下：

其中，

为滤波后第i个插补周期的插补速度，T₁为直线规划匀加速运动阶段的第一离散运动时间，T₂为直线规划匀速运动阶段的第二离散运动时间，T₃为直线规划匀减速运动阶段的第三离散运动时间，在i≤0或i≥T₁+T₂+T₃+1时，插补速度分别取F_i＝V_sT_s和F_i＝V_eT_s，滤波后直线规划总的插补周期数量为T_L'＝T₁+T₂+T₃+L'-1。

上述实施例中，数控设备根据所获取的目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度计算直线规划位移，并判断直线规划位移是否满足直线规划条件，若否，则根据直线规划条件调整初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移，然后将调整后直线规划位移、初速度和末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的离散化运动时间，根据离散化运动时间计算各插补周期的插补速度，从而消除最后一个插补周期由于计算时间不是插补周期的整数倍导致的插补速度突变，并提升运动控制的精度，然后根据调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度，使得插补的加速度线性变化，从而使得机床在按照滤波后插补速度进行加工时避免了对机床造成冲击。

在一个实施例中，如图3所示，S206之后，上述数控模型的速度控制方法还包括以下步骤：

S302，判断调整后滤波窗口长度是否小于最小第一窗口阈值。

其中，数控系统所支持的滤波窗口长度需在最小第一窗口阈值和最大第二窗口阈值的范围内。

在一个实施例中，数控设备在根据直线规划条件对初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移之后，判断调整后滤波窗口长度是否小于最小第一窗口阈值，具体可以根据以下公式：

L'＜L_min (9)

其中，L_min是最小第一窗口阈值。

在一个实施例中，若调整后滤波窗口长度不小于最小第一窗口阈值，则执行S208。

S304，若是，则将最小第一窗口阈值确定为调整后滤波窗口长度，并根据最小第一窗口阈值调整末速度，得到调整后末速度。

在一个实施例中，若调整后滤波窗口长度小于最小第一窗口阈值，则将调整后滤波窗口长度重新调整为最小第一窗口阈值，即令：

L"＝L_min (10)

其中，L"为二次调整后滤波窗口长度。

在一个实施例中，数控设备得到二次调整后滤波窗口长度后，根据调整后滤波窗口长度结合公式(3)和公式(6)，从而得到调整后末速度：

其中，V_e'为调整后末速度，且取大于等于0的值。

在一个实施例中，数控设备在计算出调整后末速度之后，执行根据目标位移、二次调整后滤波窗口长度、初速度和调整后末速度计算调整后直线规划位移，并判断调整后直线规划位移是否满足直线规划条件，若是，则数控设备直接根据调整后直线规划位移、初速度和调整后末速度，计算各运动阶段的离散化运动时间，并在根据离散化运动时间计算出插补周期的插补速度之后，根据二次调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。

上述实施例中，数控设备通过判断调整后滤波窗口长度是否小于最小第一窗口阈值，从而在调整后滤波窗口长度小于最小第一窗口阈值时，将最小第一窗口阈值确定为调整后滤波窗口长度，并根据最小第一窗口阈值调整末速度，使得调整后末速度为直线规划后机床实际能够得到的末速度，从而可以根据该调整末速度进行直线规划，并对规划的插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度，使得插补的加速度线性变化，从而使得机床在按照滤波后插补速度进行加工时避免了对机床造成冲击。

在一个实施例中，如图4所示，S208具体包括以下步骤：

S402，将调整后直线规划位移、初速度和末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的连续性运动时间。

在一个实施例中，数控设备在计算出调整后直线规划位移后，获取数控系统支持的最大速度，将调整后直线规划位移、初速度、末速度和最大速度代入直线加减速运动关系式，分别计算出匀加速直线运动阶段的第一运动时间、匀速直线运动阶段的第二运动时间和匀减速直线运动阶段的第三运动时间。其中，直线加减速运动关系式如下：

其中，S'为调整后直线规划位移，S₁为直线规划匀加速运动阶段的位移，S₂直线规划匀加运动阶段的位移，S₃为直线规划匀减速运动阶段的位移，t₁为直线规划匀加速运动阶段的第一运动时间，t₂为直线规划匀速运动阶段的第二运动时间，t₃为直线规划匀减速运动阶段的第三运动时间。

在一个实施例中，数控设备在计算各运动阶段的连续性运动时间之前，先判断调整后直线规划位移是否大于双运动状态最小位移，其中双运动状态是指直线规划既有加速运动阶段也有减速运动阶段，其中双运动状态的最小位移是指直线规划仅有加速运动阶段和减速运动阶段、且没有匀速运动阶段的位移。其中双运动状态的最小位移可以将初速度、末速度和最大加速度代入下式求得：

其中，S_k为双运动状态的最小位移。

在一个实施例中，数控设备若计算判断出调整后直线规划位移是大于双运动状态最小位移，则通过下式求得各运动阶段的连续性运动时间如下：

在一个实施例中，数控设备若判断出调整后直线规划位移小于等于双运动状态位移，则直线规划后机床实际能够达到的最大速度为：

其中，

为实际能够达到的最大速度，则通过下式求得各运动阶段的连续性运动时间如下：

S404，对连续性运动时间进行离散化处理，得到离散化运动时间。

其中，对连续运动时间进行离散化处理是对连续性运动时间按照插补周期进行取整的过程。

在一个实施例中，数控设备在计算出各运动阶段的连续性运动时间之后，获取插补周期，并按照所获取的插补周期，通过下式对各运动阶段的连续性运动时间进行处理，得到离散化运动时间：

其中，[·]表示取整，T_s为插补周期，T₁为直线规划匀加速运动阶段的第一离散运动时间，T₂为直线规划匀速运动阶段的第二离散运动时间，T₃为直线规划匀减速运动阶段的第三离散运动时间。

在一个实施例中，数控设备在计算得到第一离散运动时间、第二离散运动时间和第三离散运动时间之后，对机床实际可达到的最大速度、最大加速度和最大减速度也进行相应的调整，得到的调整后最大速度、调整后最大加速度和最大减速度如下：

其中，V_max为调整后最大速度，A_u为调整后最大加速度，A_d为调整后最大减速度。

上述实施例中，数控设备通过将调整后直线规划位移、初速度和末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的连续性运动时间，对连续性运动时间进行离散化处理，得到离散化运动时间，从而能够将连续性的各个规划参数进行离散化，进而计算出离散化的插补速度，并对离散化的插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度，使得插补的加速度线性变化，从而使得机床在按照滤波后插补速度进行加工时避免了对机床造成冲击。

在一个实施例中，如图5所示，还提供了一种数控模型的速度控制方法，以该方法应用于图1中的数控设备为例进行说明，包括以下步骤：

S502，获取目标位移、初始滤波窗口长度、初速度、末速度，以及数控系统支持的最大速度、最大加速度和最大减速度。

S504，根据目标位移、初始滤波窗口长度、初速度、末速度、最大速度、最大加速度和最大减速度，计算直线规划位移和单运动状态位移；并判断直线规划位移是大于等于单运动状态位移。

S506，若否，则根据直线规划条件调整初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移。

S508，判断调整后滤波窗口长度是否小于最小第一窗口阈值。

S510，若是，则将最小第一窗口阈值确定为调整后滤波窗口长度，并根据最小第一窗口阈值调整末速度，得到调整后末速度。

S512，根据所述调整后末速度二次调整滤波窗口长度，得到二次调整后滤波窗口长度和二次调整后直线规划位移。

S514，根据二次调整后直线规划位移、初速度和调整后末速度，计算各运动阶段的离散化运动时间；各运动阶段包括匀加速直线运动阶段、匀速直线运动阶段和匀减速直线运动阶段。

S516，根据离散化运动时间计算各插补周期的插补速度。

S518，根据二次调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。

下面结合实际仿真结果，对上述数控模型的速度控制方法所达到的效果进行说明：数控系统中的机床参数设为：插补周期T_s＝1ms，最大加速度和最大减速度为a_u＝2000mm/s²,a_d＝2000mm/s²，换算成周期单位后a_u＝2μm/T_s ²,a_d＝2μm/T_s ²，最大滤波与最小滤波长度为L_max＝40,L_min＝20。

运动过程中分为两段，第一段的运动参数为：目标位移量S_target＝40000μm，初始瞬时速度V_s＝0μm/T_s，末尾瞬时速度V_s＝0μm/T_s，参考最大进给速度V_m＝200μm/T_s。仿真后其插补速度和加速度如图6所示，计算得到的滤波长度L＝40，滤波后可以达到最大进给速度

实际最大加速度A_u＝2μm/T_s ²，实际最大减速度A_d＝2μm/T_s ²，加速度与减速度逐渐增加或减小，不存在跳跃现象。过程中的加加速度Jerk如图7所示，其值保持在一定范围内，与七段S型加减速过程类似，运动过程存在加加速、匀加速、减加速、匀速、加减速、匀减速、减减速阶段。

第二段的运动参数为：目标位移量S_target＝400μm，初始瞬时速度V_s＝0μm/T_s，末尾瞬时速度V_s＝20μm/T_s，参考最大进给速度V_m＝50μm/T_s。仿真后其插补速度和加速度如图8所示，计算得到的滤波长度L＝31，滤波后可以达到最大进给速度F＝20μm/T_s，实际最大加速度A_u＝0.645μm/T_s ²，实际最大减速度A_d＝0μm/T_s ²，由于运动距离较短，不存在减速阶段和匀速阶段，而加速度逐渐增加或减小，不存在跳跃现象。过程中的加加速度Jerk如图9所示，由于滤波半径减小，其运动过程中的加加速度的值比第一段大。

应该理解的是，虽然图2-5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-5中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图10所示，提供了一种数控模型的速度控制装置，包括：数据获取模块1002、直线规划位移计算模块1004、调整模块1006、运动时间离散模块1008、插补速度计算模块1010和滑动滤波模块1012，其中：

数据获取模块1002，用于获取目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度；

直线规划位移计算模块1004，根据目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度计算直线规划位移，并判断直线规划位移是否满足直线规划条件；

调整模块1006，用于当直线规划位移不满足直线规划条件时，根据直线规划条件调整初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移；

运动时间离散模块1008，用于根据调整后直线规划位移、初速度和末速度，计算各运动阶段的离散化运动时间；各运动阶段包括匀加速直线运动阶段、匀速直线运动阶段和匀减速直线运动阶段；

插补速度计算模块1010，用于根据离散化运动时间计算各插补周期的插补速度；

滑动滤波模块1012，用于根据调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。

在一个实施例中，数据获取模块1002，还用于获取数控系统支持的最大加速度或最大减速度；

直线规划位移计算模块1004，还用于根据初速度、末速度、最大加速度或最大减速度，计算单运动状态位移；单运动状态位移为只有加速运动阶段的位移或只有减速运动阶段的位移；

直线规划条件为直线规划位移大于等于单运动状态位移。

在一个实施例中，调整模块1006，还用于若直线规划位移满足直线规划条件，则保持初始滤波窗口长度不变。

在一个实施例中，运动时间离散模块1008还用于：

根据离散化运动时间对最大速度、最大加速度和最大减速度进行调整，得到调整后最大速度、调整后最大加速度和调整后最大减速度；

将离散运动时间、调整后最大速度、调整后最大加速度和调整后最大减速度代入直线加减速运动关系式，计算各插补周期的插补速度。

在一个实施例中，运动时间离散模块1008还用于：

根据第一离散运动时间、第二离散运动时间和第三离散运动时间，对最大速度和最大加速度进行调整，得到调整后最大速度和调整后最大加速度。

上述实施例中，数控设备根据所获取的目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度计算直线规划位移，并判断直线规划位移是否满足直线规划条件，若否，则根据直线规划条件调整初始滤波窗口长度，得到调整后滤波窗口长度和调整后直线规划位移，然后将调整后直线规划位移、初速度和末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的离散化运动时间，根据离散化运动时间计算各插补周期的插补速度，从而消除最后一个插补周期由于计算时间不是插补周期的整数倍导致的插补速度突变，并提升运动控制的精度，然后根据调整后滤波窗口长度对插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度，使得插补的加速度线性变化，从而使得机床在按照滤波后插补速度进行加工时避免了对机床造成冲击。

在一个实施例中，调整模块1006还用于：

判断调整后滤波窗口长度是否小于最小第一窗口阈值；

若是，则将最小第一窗口阈值确定为调整后滤波窗口长度，并根据最小第一窗口阈值调整末速度，得到调整后末速度；

运动时间离散模块1008还用于：

将目标位移、初速度和调整后末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的离散化运动时间。

上述实施例中，数控设备通过判断调整后滤波窗口长度是否小于最小第一窗口阈值，从而在调整后滤波窗口长度小于最小第一窗口阈值时，将最小第一窗口阈值确定为调整后滤波窗口长度，并根据最小第一窗口阈值调整末速度，使得调整后末速度为直线规划后机床实际能够得到的末速度，从而可以根据该调整末速度进行直线规划，并对规划的插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度，使得插补的加速度线性变化，从而使得机床在按照滤波后插补速度进行加工时避免了对机床造成冲击。

在一个实施例中，运动时间离散模块1008还用于：

将调整后直线规划位移、初速度和末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的连续性运动时间；

对连续性运动时间进行离散化处理，得到离散化运动时间。

在一个实施例中，运动时间离散模块1008还用于：

获取数控系统支持的最大速度；

将调整后直线规划位移、初速度、末速度和最大速度代入直线加减速运动关系式，分别计算出匀加速直线运动阶段的第一运动时间、匀速直线运动阶段的第二运动时间和匀减速直线运动阶段的第三运动时间。

在一个实施例中，运动时间离散模块1008还用于：

获取插补周期；

根据插补周期，对第一运动时间、第二运动时间和第三运动时间进行离散化处理，得到第一离散运动时间、第二离散运动时间和第三离散运动时间。

上述实施例中，数控设备通过将调整后直线规划位移、初速度和末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的连续性运动时间，对连续性运动时间进行离散化处理，得到离散化运动时间，从而能够将连续性的各个规划参数进行离散化，进而计算出离散化的插补速度，并对离散化的插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度，使得插补的加速度线性变化，从而使得机床在按照滤波后插补速度进行加工时避免了对机床造成冲击。

关于数控模型的速度控制装置的具体限定可以参见上文中对于数控模型的速度控制方法的限定，在此不再赘述。上述数控模型的速度控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是数控设备，其内部结构图可以如图11所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种数控模型的速度控制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种数控模型的速度控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度、最大加速度或最大减速度；

基于所述初始滤波长度、所述初速度和所述末速度计算位移增量，基于所述目标位移和所述位移增量计算得到直线规划位移，基于所述初速度、所述末速度、所述最大加速度或所述最大减速度，计算单运动状态位移；所述单运动状态位移为只有加速运动阶段的位移或只有减速运动阶段的位移；

若所述直线规划位移小于所述单运动状态位移，则判断所述直线规划位移不满足直线规划条件，基于所述目标位移、所述单运动状态位移、所述初速度和所述末速度计算调整后滤波窗口长度，基于所述单运动状态位移确定调整后直线规划位移；

将所述调整后直线规划位移、所述初速度和所述末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的连续性运动时间，对所述连续性运动时间进行离散化处理，得到离散化运动时间；

根据所述离散化运动时间计算各插补周期的插补速度；

根据所述调整后滤波窗口长度对所述插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述直线规划位移满足直线规划条件，则保持所述初始滤波窗口长度不变。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断所述调整后滤波窗口长度是否小于最小第一窗口阈值；

若是，则将所述最小第一窗口阈值确定为所述调整后滤波窗口长度，并根据所述最小第一窗口阈值调整所述末速度，得到调整后末速度；

所述将所述目标位移、所述初速度和所述末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的离散化运动时间，包括：

将所述目标位移、所述初速度和所述调整后末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的离散化运动时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述调整后直线规划位移、所述初速度和所述末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的连续性运动时间，包括：

获取数控系统支持的最大速度；

将所述调整后直线规划位移、所述初速度、所述末速度和所述最大速度代入直线加减速运动关系式，分别计算出匀加速直线运动阶段的第一运动时间、匀速直线运动阶段的第二运动时间和匀减速直线运动阶段的第三运动时间。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述连续性运动时间进行离散化处理，得到离散化运动时间，包括：

获取插补周期；

根据所述插补周期，对所述第一运动时间、所述第二运动时间和所述第三运动时间进行离散化处理，得到第一离散运动时间、第二离散运动时间和第三离散运动时间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述离散化运动时间计算各插补周期的插补速度，包括：

根据所述离散化运动时间对所述最大速度、所述最大加速度和最大减速度进行调整，得到调整后最大速度、调整后最大加速度和调整后最大减速度；

将所述离散运动时间、调整后最大速度、调整后最大加速度和调整后最大减速度代入所述直线加减速运动关系式，计算各插补周期的插补速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述离散化运动时间对所述最大速度和所述最大加速度进行调整，得到调整后最大速度和调整后最大加速度，包括：

根据所述第一离散运动时间、所述第二离散运动时间和所述第三离散运动时间，对所述最大速度和所述最大加速度进行调整，得到调整后最大速度和调整后最大加速度。

8.一种数控模型的速度控制装置，其特征在于，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取目标位移、初始滤波窗口长度、初速度和末速度、最大加速度或最大减速度；

直线规划位移计算模块，用于基于所述初始滤波长度、所述初速度和所述末速度计算位移增量，基于所述目标位移和所述位移增量计算得到直线规划位移，基于所述初速度、所述末速度、所述最大加速度或所述最大减速度，计算单运动状态位移；所述单运动状态位移为只有加速运动阶段的位移或只有减速运动阶段的位移；

调整模块，用于若所述直线规划位移小于所述单运动状态位移，则判断所述直线规划位移不满足直线规划条件，基于所述目标位移、所述单运动状态位移、所述初速度和所述末速度计算调整后滤波窗口长度，基于所述单运动状态位移确定调整后直线规划位移；

运动时间离散模块，用于将所述调整后直线规划位移、所述初速度和所述末速度代入直线加减速运动关系式，计算各运动阶段的连续性运动时间，对所述连续性运动时间进行离散化处理，得到离散化运动时间；

插补速度计算模块，用于根据所述离散化运动时间计算各插补周期的插补速度；

滑动滤波模块，用于根据所述调整后滤波窗口长度对所述插补速度进行滑动滤波处理，得到滤波后插补速度。

9.一种数控设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

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