CN114019914A - 终点速度的校正方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

终点速度的校正方法、装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN114019914A
CN114019914A CN202111272464.4A CN202111272464A CN114019914A CN 114019914 A CN114019914 A CN 114019914A CN 202111272464 A CN202111272464 A CN 202111272464A CN 114019914 A CN114019914 A CN 114019914A
Authority
CN
China
Prior art keywords
speed
critical
target
end point
acceleration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111272464.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114019914B (zh
Inventor
不公告发明人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Xhorse Electronics Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Xhorse Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Xhorse Electronics Co Ltd filed Critical Shenzhen Xhorse Electronics Co Ltd
Priority to CN202111272464.4A priority Critical patent/CN114019914B/zh
Publication of CN114019914A publication Critical patent/CN114019914A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114019914B publication Critical patent/CN114019914B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34169—Coarse interpolator, path calculator delivers position, speed, acceleration blocks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明提供了终点速度的校正方法、装置、计算机设备和存储介质，属于数控机床技术领域，包括步骤：获取刀具运动参数；根据刀具运动参数，计算第一临界位移；当第一临界位移大于插补段长度时，确定临界速度；根据临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数；根据目标函数和插补段长度，确定目标终点速度；根据目标终点速度，控制刀具完成变速过程。本申请提供的方法可以适用于在线环境，只需获取当前待插补段的长度、最大加速度、最大加加速度、起点速度与终点速度，根据获取的参数求解目标终点速度，使得当前待插补段长度恰好等于第一临界位移，具有实时性，并且求解目标终点速度时无需迭代，效率高。

Description

终点速度的校正方法、装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本发明属于数控加工技术领域，更具体地说，是涉及一种终点速度的校正方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
S形变速策略是一种在数控领域应用极为广泛的速度控制策略，其最大的特点在于变速过程中加速度连续，从而降低了因加速度突变而引入的柔性冲击，从而提高机床的稳定性，对优化加工质量、提升机床使用寿命等方面都有益处。
为了使得控制标的按照所需的S形变速策略进行运动，就需要进行S形速度规划。S形速度规划过程所需的参数有如下几种：待插补刀轨段的长度、起点速度、终点速度、最大速度、最大加速度、最大加加速度，默认在插补段的终点处的加速度为0。
如果起点速度与终点速度的设置不合理，受到最大速度、最大加速度与最大加加速度的限制，则可能会出现刀轨段的长度不足以在S形变速策略下完成从起点速度到终点速度的变速，此时就使S形速度规划过程无法给出可行解。为了避免这种会导致S形速度规划出错的情形，需要增加S形速度校正过程对刀轨段的起点速度与终点速度进行适当的调整。
传统的速度校正方法通常是在离线环境下的，即在速度规划过程之前，通过反向扫描与正向扫描分别对降速段与升速段进行校验，若其长度不足则调整降速段的起点速度，升速段则调整终点速度。这一方法简单可行，但只能在插补过程前的离线环境进行，且必须保证已知所有的刀轨段的长度与运动参数限制信息，显然这是无法适用于插补过程已经开始的在线环境的。
而且，传统方法在计算校正后的终点速度时，由于关于终点速度的方程属于需要分类讨论的多情形非线性方程，难于直接求解，故直接采用了以二分法为代表的数值类解法，此类方法需要迭代，这也制约了速度校正算法的实时性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种终点速度的校正方法，旨在解决五轴数控机床中传统的速度校正方法无法适用于插补过程已经开始的在线环境的技术问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种终点速度的校正方法，包括步骤：
获取刀具运动参数；所述刀具运动参数包括起点速度、终点速度、插补段长度、最大加速度、最大加加速度；
根据所述刀具运动参数，计算第一临界位移，所述第一临界位移表示刀具按照S形变速策略从所述起点速度变速至所述终点速度所需的最短位移；
当所述第一临界位移大于所述插补段长度时，根据所述起点速度、所述终点速度、所述最大加速度以及所述最大加加速度，确定临界速度；
根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数；
根据所述目标函数和所述插补段长度，确定目标终点速度；
根据所述目标终点速度，控制所述刀具完成变速过程。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
当所述第一临界位移小于或等于所述插补段长度时，确定所述目标终点速度等于所述终点速度。
在一种可能的实现方式中，所述临界速度包括升速临界速度，所述升速临界速度表示所述刀具在所述起点速度以所述最大加加速度加加到所述最大加速度，然后再以所述最大加加速度减加速至加速度为零时对应的速度，所述根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数包括：
当所述起点速度小于或等于所述终点速度时，确定所述升速临界速度；
根据所述升速临界速度确定升速临界位移；
当所述升速临界位移小于或等于所述插补段长度时，确定关于目标终点速度的第一目标函数。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述目标函数和所述插补段长度，确定目标终点速度包括：
当所述第一目标函数的取值为所述插补段长度时，获得形式为一元二次方程的第一目标方程；
对所述第一目标方程求解得到目标终点速度；所述第一目标方程的二次项系数是根据所述最大加速度得到的；所述第一目标方程的一次项系数是根据所述最大加速度和所述最大加加速度得到的；所述第一目标方程的常数项是根据所述起点速度、最大加速度以及所述最大加加速度所得到的。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数还包括：
当所述起点速度小于或等于所述终点速度时，确定所述升速临界速度；
根据所述升速临界速度确定升速临界位移；
当所述升速临界位移大于所述插补段长度时，确定关于目标终点速度的第二目标函数。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述目标函数和所述插补段长度，确定目标终点速度包括：
当所述第二目标函数的取值为所述插补段长度时，获得形式为一元三次方程的第二目标方程；
对所述第二目标方程求解得到目标终点速度；所述第二目标方程中的三次项系数为常数；所述第二目标方程中的二次项系数和一次项系数均是根据所述起点速度得到的；所述第二目标方程中的常数项是根据所述插补段长度、所述最大加加速度和所述起点速度得到的。
在一种可能的实现方式中，所述临界速度包括降速临界速度，所述降速临界速度表示按照刀具在所述起点速度以所述最大加加速度加减速至所述最大加速度，然后以所述最大加加速度减减速至加速度为零计算所得的速度，所述根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数包括：
当所述起点速度大于所述终点速度，且所述降速临界速度小于或等于零时，确定关于目标终点速度的第三目标函数。
在一种可能的实现方式中，所述临界速度包括降速临界速度，所述根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数包括：
当所述起点速度大于所述终点速度，且所述降速临界速度大于零时，确定所述目标函数为以所述降速临界速度为分界点的分段函数，所述分段函数包括第四目标函数和第五目标函数，所述第四目标函数的定义域为[0，Vth↓]，所述第五目标函数的定义域为(Vth↓，Vs)，其中，Vth↓表示所述降速临界速度，Vs表示所述起点速度。
第二方面，本申请提供了一种终点速度的校正装置，包括：
获取单元，用于获取刀具运动参数；所述刀具运动参数包括起点速度、终点速度、插补段长度、最大加速度、最大加加速度；
计算单元，用于根据所述刀具运动参数，计算第一临界位移；
第一确定单元，用于当所述第一临界位移大于所述插补段长度时，根据所述起点速度、所述终点速度、所述最大加速度以及所述最大加加速度，确定临界速度；
第二确定单元，用于根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数；
第三确定单元，用于根据所述目标函数和所述插补段长度，确定目标终点速度；
控制单元，用于根据所述目标终点速度，控制所述刀具完成变速过程。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质，存储用于电子数据交换的计算机程序；前述计算机程序使得计算机执行如本发明实施例第一方面或第二方面所描述的部分或者全部步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，其中，该包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，，所述计算机程序可操作来使计算机执行如本发明实施例第一方面或第二方面中所描述的部分或者全部步骤。该计算机程序产品可以为一个软件安装包。
本发明提供的一种终点速度的校正方法及对应的装置的有益效果在于：本申请提供的终点速度的校正方法可以适用于在线环境，无需已知所有的插补段的刀具运动参数，只需获取当前待插补段的长度、最大加速度、最大加加速度、起点速度与终点速度，根据获取的参数求解一个新的终点速度，即目标终点速度，使得当前待插补段长度恰好等于起点速度与目标终点速度之间的第一临界位移，具有实时性，并且求解目标终点速度时无需迭代，效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种终点速度的校正方法的示意图；
图2为本发明实施例提供的确定目标终点速度的部分流程图；
图3为一种终点速度的校正装置的结构示意图。
具体实施方式
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申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
首先，对本发明实施例中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。
数控机床(Computer numerical control，CNC)，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
请参见图1，图1示出了本申请提供的一种终点速度的校正方法的流程图，本方法实施例中以应用该确定方法的数控机床为执行主体为例，从数控机床侧进行说明，具体可以包括步骤：
步骤S101：获取刀具运动参数；刀具运动参数包括起点速度、终点速度、插补段长度、最大加速度、最大加加速度；
步骤S102：根据刀具运动参数，计算第一临界位移；
步骤S103：当第一临界位移大于插补段长度时，根据起点速度、终点速度、最大加速度以及最大加加速度，确定临界速度；
步骤S104：根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数；
步骤S105：根据目标函数和插补段长度，确定目标终点速度；
步骤S106：根据目标终点速度，控制刀具完成变速过程。
在本实施例中，首先需要获取插补段运动开始时的运动参数，包括起点速度、终点速度、插补段长度、最大加速度、最大加加速度。下面对刀具各运动参数进行说明。起点速度是指数控机床的刀具在插补段的起点的速度。终点速度是指刀具在插补段的终点的速度。插补段长度是指插补段的长度。例如，刀具需要从A点运动至B点，刀具位于A点时的速度为起点速度，位于B点的速度为终点速度；最大速度、最大加速度、最大加加速度为数控机床的程序设定的所能达到的最大速度、最大加速度、最大加加速度。通常对单一插补段而言，完整的S形变速过程可以分为七段，分别为加加速-匀加速-减加速-匀速-加减速-匀减速-减减速过程，根据不同的运动参数限制，可能会缺少其中若干个变速阶段。其中，在插补段的起点与终点处，其加速度需要为0。加加速度是加速度对时间的导数。
S形变速过程中，加加速过程表示加加速度恒定为最大加加速度，且最大加加速度为正，加速度始终为正；减加速过程表示加加速度恒定为最大加加速度，且最大加加速度为负，加速度始终为正；加减速过程表示加加速度恒定为最大加加速度，且最大加加速度为负，加速度始终为负；减减速过程表示加加速度恒定为最大加加速度，且最大加加速度为正，加速度始终为负。
获取刀具的运动参数之后，再判断是否需要校正终点速度。此时需要计算第一临界位移。第一临界位移指的是在当前的最大加速度、最大加加速度条件下，从起点状态(起点速度一定且起点加速度为0)按照S形变速策略变速至终点状态(到达终点速度且加速度为0)所需的最短位移，也即在整个运动过程中，只有起点和终点两处的加速度为0，第一临界位移的求法为：
Figure BDA0003329170750000061
上式中，S1表示第一临界位移，Vs表示起点速度，Ve表示终点速度，Am表示最大加速度，Jm表示最大加加速度，后续一律采用相同的符号表示对应的参数，不再赘述；(*)式为变速过程中无法达到最大加速度的情形，(**)式为可以达到最大加速度的情形。在插补的过程中，为了保证刀具切削的精度以及在尽量少的时间内完成插补过程，刀具始终以最大加加速度运行，至于能否达到最大加速度则为不确定情形。
将求得的第一临界位移与插补段长度进行比较，当第一临界位移大于插补段长度时，说明插补段长度不足以支撑刀具按照刀具的运动参数完成整个S形变速过程，需要对终点速度进行校正，执行后续的校正步骤。
在一实施例中，本申请提供的终点速度的校正方法包括步骤：
步骤S106：当所述第一临界位移小于或等于所述插补段长度时，确定所述目标终点速度等于所述终点速度。
当第一临界位移小于或等于插补段长度时，说明插补段长度可以支持从起点速度到原有的终点速度之间的S形变速策略，因此无需对终点速度进行校正，此时确定原有的终点速度即为目标终点速度，即目标终点速度等于终点速度。
具体地，在对终点速度进行校正时，首先需要确定临界速度，存在升速过程和降速过程两种情形，下面对这两种情形如何具体进行终点速度校正进行说明。
首先说明升速过程，也即Vs≤Ve。当起点速度小于或等于终点速度时，上述临界速度包括升速临界速度。根据最大加速度的平方与最大加加速度之比，与起点速度之和，确定升速临界速度。
例如，确定升速临界速度的表达方式如下：
Vth↑＝Vs+Am 2/Jm
上式中，Vth↑表示升速临界速度，升速临界速度可以理解为起点速度以最大加加速度加加速到最大加速度，再以最大加加速度减加速至加速度为0对应时的速度。加加速阶段和减加速阶段的时间相同。
如图2所示，上述步骤S104具体包括：
当所述起点速度小于或等于所述终点速度时，确定所述升速临界速度；
根据所述升速临界速度确定升速临界位移；
当所述升速临界位移小于或等于所述插补段长度时，确定关于目标终点速度的第一目标函数。
根据上述升速临界速度，计算升速临界位移的表达式为：
Sth↑＝(Vs+Vth↑)*Am/Jm
上式中，Sth↑表示升速临界位移，升速临界位移表示从起点速度按照S形变速策略加速到升速临界速度对应的位移。
确定升速临界位移之后，再将升速临界位移与插补段长度进行比较，此时存在两种情形，当升速临界位移小于或等于插补段长度时，说明在该插补段插补过程中，按照S形变速策略可以达到升速临界速度，此时，可以确定关于目标终点速度的第一目标函数。
在这种情形下，刀具的运动过程为：当升速临界位移等于插补段长度时，刀具在起点以最大加加速度加加速到最大加速度，再以最大加加速度减加速至加速度为0，加加速阶段和减加速阶段的时间相同；当升速临界位移小于插补段长度时，刀具在起点以最大加加速度加加速到最大加速度，然后以最大加速度匀加速一段时间，再以最大加加速度减加速至加速度为0，加加速阶段和减加速阶段的时间相同。这两种情况都对应第一目标函数。第一目标函数用于表征能够达到最大加速度时位移与目标终点速度之间的关系。
此时第一目标函数可表示为：
f(x)＝a0x2+b0x+c0
其中，x为目标终点速度。
第一目标函数的三个系数为
Figure BDA0003329170750000081
那么当第一目标函数的取值为插补段长度S时，获得形式为一元二次方程的第一目标方程；对第一目标方程求解得到目标终点速度；第一目标方程的二次项系数是根据最大加速度得到的；第一目标方程的一次项系数是根据最大加速度和最大加加速度得到的；第一目标方程的常数项是根据起点速度、最大加速度以及最大加加速度所得到的。
例如，第一目标方程可表示为：
a0x2+b0x+d＝0
上式中，
Figure BDA0003329170750000082
其中，S表示插补段长度，后续一律采用该符号表示插补段长度，不再赘述。
易知此时a0与b0为正且d为负，由一元二次方程的求根公式，该方程是必然有实根的，取其中不低于Vth↑的实根即可，即
Figure BDA0003329170750000083
上式中，Ve-new表示目标终点速度，后续一律采用该符号表示目标终点速度，不再赘述。
求得校正后得到的目标终点速度，算法结束。
如图2所示，在一实施例中，上述步骤S104具体还包括:
当所述起点速度小于或等于所述终点速度时，确定所述升速临界速度；
根据所述升速临界速度确定升速临界位移；
当所述升速临界位移大于所述插补段长度时，确定关于目标终点速度的第二目标函数。
在升速过程的第二种情形中，也即当升速临界位移大于插补段长度时，说明在该插补段插补过程中，按照S形变速策略达不到升速临界速度，也即达不到最大加速度。
在这种情形下，刀具的运动过程为：刀具在起点以最大加加速度加加速到小于最大加速度的某一个加速度时，再以最大加加速度减加速至加速度为0。加加速阶段和减加速阶段的时间相同。第二目标函数用于表征未能达到最大加速的位移与目标终点速度的关系式。
关于目标终点速度的第二目标函数为：
Figure BDA0003329170750000091
当第二目标函数的取值为插补段长度时，获得形式为一元三次方程的第二目标方程；对第二目标方程求解得到目标终点速度；第二目标方程中的三次项系数为常数；第二目标方程中的二次项系数和一次项系数均是根据起点速度得到的；第二目标方程中的常数项是根据插补段长度、最大加加速度和起点速度得到的。
例如，根据第二目标函数和插补段长度S，确定第二目标方程f(x)＝S，将第二目标方程的两边平方，化简得到第一一元三次方程ax3+bx2+cx+d＝0求解，这个方程的四个系数为
Figure BDA0003329170750000092
由盛金公式易知该方程的解为一实根与一对共轭复根，这里给出盛金公式的求根过程——
首先计算该方程的三个盛金系数，
Figure BDA0003329170750000093
进一步有
Figure BDA0003329170750000094
校正后的终点速度为
Figure BDA0003329170750000101
求得校正后得到的目标终点速度，算法结束。
在降速过程中，即Vs＞Ve，此时需要确定从起点速度按照S形变速策略变速至目标终点速度所需的位移和目标终点速度的关系，然后按照此关系求出最终的目标终点速度。
在升速过程中，目标终点速度越大，则所需的位移越长。而在降速过程中，并不是目标终点速度越小，所需的位移越大，需要对具体的目标函数进行讨论。
在一实施例中，上述临界速度包括降速临界速度，降速临界速度表示按照刀具在起点速度以最大加加速度加减速至最大加速度，然后以最大加加速度减减速至加速度为零计算所得的速度；
如图2所示，根据临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数，包括：
当起点速度大于终点速度，且降速临界速度小于或等于零时，确定关于目标终点速度的第三目标函数。
首先，根据起点速度，与最大加速度的平方与最大加加速度之比的差，确定升速临界速度。
例如，当
Figure BDA0003329170750000102
Vth↓＝Vs-Am 2/Jm，Vth↓小于等于0，Vth↓表示降速临界速度，降速临界速度表示按照为起点速度以最大加加速度加减速到最大加速度(此时最大加速度为负值)，再以最大加加速度减减速至加速度为0计算所得的速度。加加速阶段和减加速阶段的时间相同。当
Figure BDA0003329170750000103
此时在变速过程中达不到最大加速度或者刚好达到最大加速度，在这种情形下，刀具的运动过程为：刀具在起点以最大加加速度加减速到小于或等于最大加速度的某一个加速度，再以最大加加速度减减速至加速度为0，加减速阶段和减减速阶段的时间相同。
此时，可以确定关于目标终点速度的第三目标函数：
Figure BDA0003329170750000104
第三目标函数的定义域为[0，Vs)。
当第三目标函数的取值为插补段长度时，获得形式为一元三次方程的第三目标方程；对第三目标方程求解得到目标终点速度；第三目标方程中的三次项系数为常数；第二目标方程中的二次项系数和一次项系数均是根据起点速度得到的；第二目标方程中的常数项是根据插补段长度、最大加加速度和起点速度得到的。
例如，根据第三目标函数和插补段长度S，构造第三目标方程f(x)＝S，将第三目标方程化简得到第二一元三次方程a3x3+b3x2+c3x+d3＝0；
Figure BDA0003329170750000111
对第三目标方程求解，得到校正后的目标终点速度，这里存在出现两个解的情形，为了保证插补过程的速度平稳性，选取其中较大的解。
当
Figure BDA0003329170750000112
也即Vth↓＝Vs-Am 2/Jm＞0时，存在两种情形，一种是在S形变速过程中，可以达到最大加速度，另一种是达不到最大加速度。
在一实施例中，上述根据临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数还包括：
当所述起点速度大于所述终点速度，且所述降速临界速度大于零时，确定所述目标函数为以所述降速临界速度为分界点的分段函数，所述分段函数包括第四目标函数和第五目标函数，所述第四目标函数的定义域为[0，Vth↓]，所述第五目标函数的定义域为(Vth↓，Vs)，其中，Vth↓表示所述降速临界速度，Vs表示所述起点速度。
在S形变速过程中，可以达到最大加速度时，说明目标终点速度的范围为[0，Vth↓]，在这种情形下，刀具的运动过程为：当目标终点速度刚好等于Vth↓时，在起点速度以最大加加速度加减速到最大加速度(此时最大加速度为负值)，再以最大加加速度减减速至加速度为0，加加速阶段和减加速阶段的时间相同；当目标终点速度小于Vth↓，在起点速度以最大加加速度加减速到最大加速度(此时最大加速度为负值)，再以最大加速度匀减速一段时间，最后以最大加加速度减减速至加速度为0，加减速阶段和减减速阶段的时间相同。
当达不到最大加速度时，说明目标终点速度的范围为(Vth↓，Vs)。在这种情形下，刀具的运动过程为：刀具在起点以最大加加速度加减速到大于最大加速度的某一个加速度，再以最大加加速度减减速至加速度为0，加减速阶段和减减速阶段的时间相同。
由此，可以确定目标函数为以降速临界速度为分界点的分段函数，该分段函数包括第四目标函数和第五目标函数，其中，第四目标函数的定义域为[0，Vth↓]，第五目标函数的定义域为(Vth↓，Vs)。
具体地，当
Figure BDA0003329170750000121
时，
Figure BDA0003329170750000122
然后再根据分段函数f(x)和插补段长度S，构造第四目标方程f(x)＝S，对第四目标方程求解，得到目标终点速度。
在对第四目标方程求解时，由于f(x)为分段函数，为了方便求解，对f(x)的单调性进行讨论，下面直接给出结论，具体的求导推导过程省略。
1.当
Figure BDA0003329170750000123
f(x)在
Figure BDA0003329170750000124
上单调递增，在
Figure BDA0003329170750000125
上单调递减，最大值
Figure BDA0003329170750000126
f(x)是分段函数，在区间x∈[0，Vth↓]内为二次函数，而且
Figure BDA0003329170750000127
起点的函数值
Figure BDA0003329170750000128
若
Figure BDA0003329170750000129
此时属于临界情形，恰好在
Figure BDA00033291707500001210
区间内为二次函数，而
Figure BDA00033291707500001211
为根式函数。
2.当
Figure BDA00033291707500001212
此时在
Figure BDA00033291707500001213
上单调递增，在
Figure BDA00033291707500001214
上单调递减，
Figure BDA00033291707500001215
取得最大值的点属于二次函数部分而不是根式函数。
通过以上单调性结论，最终的目的是求解第四目标方程f(x)＝S，可以得到以下结论：
首先对于(i)(ii)两种情况都不会有S≥f(x)max，因为这样就无需进行终点速度校正，原有的终点速度Ve总是可以满足从起点速度到终点速度完成S形变速策略所需的位移不超过插补段长度S的；当f(x)max＞S≥f(0)时，存在高与低两个解，而当S＜f(0)时只有一个解。为了保证插补的速度平稳性，本申请约定当存在两个解的情形，总是选取其中较大的解。
为了求解第四目标方程f(x)＝S，此处给出两个特征方程:
Figure BDA00033291707500001216
上式中，各系数的值分别为:
Figure BDA0003329170750000131
当
Figure BDA0003329170750000132
时，选取上述方程(*)来求解最终的目标终点速度，选取其中
Figure BDA0003329170750000133
区间内的实根作为目标终点速度计算结果，算法结束。
当
Figure BDA0003329170750000134
时，首先计算f(Vth↓)的值。若插补段长度S≤f(Vth↓)，则选取特征方程(*)求解，选取其中[Vth↓，Vs]区间内的实根作为Ve-new的计算结果；反之，若S＞f(Vth↓)，则应选取方程(**)求解，计算结果为两个实根，此处选取在区间
Figure BDA0003329170750000135
内的解，算法结束。
通过以上方法，可以根据获取的刀具运动参数，确定校正后的目标终点速度。
本申请提供的终点速度的校正方法可以适用于在线环境，无需已知所有的插补段的刀具运动参数，只需获取当前待插补段的长度、最大加速度、最大加加速度、起点速度与终点速度，根据获取的参数求解一个新的终点速度，即目标终点速度，使得当前待插补段长度恰好等于起点速度与目标终点速度之间的第一临界位移，具有实时性，并且求解目标终点速度时无需迭代，效率高。
上面详细说明了本发明实施例涉及的方法实施例，下面对涉及的一种装置实施例进行描述。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种终点速度的校正装置的结构示意图；如图3所示，该装置可应用于数控机床，可以包括获取单元301、计算单元302、第一确定单元303、第二确定单元304、第三确定单元305、控制单元306：
获取单元301，用于获取刀具运动参数；刀具运动参数包括起点速度、终点速度、插补段长度、最大加速度、最大加加速度；
计算单元302，用于根据刀具运动参数，计算第一临界位移；
第一确定单元303，用于当第一临界位移大于插补段长度时，根据起点速度、终点速度、最大加速度以及最大加加速度，确定临界速度；
第二确定单元304，用于根据临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数；
第三确定单元305，用于根据目标函数和插补段长度，确定目标终点速度；
控制单元306，用于根据目标终点速度，控制刀具完成变速过程。
需要说明的是，本发明装置实施例中S形速度规划的终点速度的校正装置的各功能单元的功能以及该装置所能带来的技术效果，可参见上述方法实施例中相关描述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质可存储有程序，该程序执行时可以包括上述方法实施例中记载的任意一种的部分或全部步骤。
本发明实施例还提供一种计算机程序或者计算机设备，该计算机程序可以包括指令，当该计算机程序被计算机执行时，使得计算机可以执行包括上述方法实施例中记载的任意一种的部分或全部步骤。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可能可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述装置实施例的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，可以包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以为个人计算机、服务器或者网络设备等，具体可以是计算机设备中的处理器)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。其中，而前述的存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、只读存储器(Read-Only Memory，缩写：ROM)或者随机存取存储器(Random Access Memory，缩写：RAM)等各种可以存储程序代码的介质。以上所述，以上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精神和范围。

Claims (11)

1.一种终点速度的校正方法，其特征在于，所述方法包括：
获取刀具运动参数；所述刀具运动参数包括起点速度、终点速度、插补段长度、最大加速度、最大加加速度；
根据所述刀具运动参数，计算第一临界位移，所述第一临界位移表示刀具按照S形变速策略从所述起点速度变速至所述终点速度所需的最短位移；
当所述第一临界位移大于所述插补段长度时，根据所述起点速度、所述终点速度、所述最大加速度以及所述最大加加速度，确定临界速度；
根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数；
根据所述目标函数和所述插补段长度，确定目标终点速度；
根据所述目标终点速度，控制所述刀具完成变速过程。
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：
当所述第一临界位移小于或等于所述插补段长度时，确定所述目标终点速度等于所述终点速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述临界速度包括升速临界速度，所述升速临界速度表示所述刀具在所述起点速度以所述最大加加速度加加速到所述最大加速度，然后再以所述最大加加速度减加速至加速度为零时对应的速度；
所述根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数包括：
当所述起点速度小于或等于所述终点速度时，确定所述升速临界速度；
根据所述升速临界速度确定升速临界位移；
当所述升速临界位移小于或等于所述插补段长度时，确定关于目标终点速度的第一目标函数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标函数和所述插补段长度，确定目标终点速度包括：
当所述第一目标函数的取值为所述插补段长度时，获得形式为一元二次方程的第一目标方程；
对所述第一目标方程求解得到目标终点速度；所述第一目标方程的二次项系数是根据所述最大加速度得到的；所述第一目标方程的一次项系数是根据所述最大加速度和所述最大加加速度得到的；所述第一目标方程的常数项是根据所述起点速度、所述最大加速度以及所述最大加加速度所得到的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述临界速度包括升速临界速度；
所述根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数包括：
当所述起点速度小于或等于所述终点速度时，确定所述升速临界速度；
根据所述升速临界速度确定升速临界位移；
当所述升速临界位移大于所述插补段长度时，确定关于目标终点速度的第二目标函数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标函数和所述插补段长度，确定目标终点速度，包括：
当所述第二目标函数的取值为所述插补段长度时，获得形式为一元三次方程的第二目标方程；
对所述第二目标方程求解得到目标终点速度；所述第二目标方程中的三次项系数为常数；所述第二目标方程中的二次项系数和一次项系数均是根据所述起点速度得到的；所述第二目标方程中的常数项是根据所述插补段长度、所述最大加加速度和所述起点速度得到的。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述临界速度包括降速临界速度，所述降速临界速度表示按照刀具在所述起点速度以所述最大加加速度加减速至所述最大加速度，然后以所述最大加加速度减减速至加速度为零计算所得的速度；
所述根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数，包括：
当所述起点速度大于所述终点速度，且所述降速临界速度小于或等于零时，确定关于目标终点速度的第三目标函数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述临界速度包括降速临界速度；
所述根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数包括：
当所述起点速度大于所述终点速度，且所述降速临界速度大于零时，确定所述目标函数为以所述降速临界速度为分界点的分段函数，所述分段函数包括第四目标函数和第五目标函数，所述第四目标函数的定义域为[0，Vth↓]，所述第五目标函数的定义域为(Vth↓，Vs)，其中，Vth↓表示所述降速临界速度，Vs表示所述起点速度。
9.一种终点速度的校正装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取刀具运动参数；所述刀具运动参数包括起点速度、终点速度、插补段长度、最大加速度、最大加加速度；
计算单元，用于根据所述刀具运动参数，计算第一临界位移；
第一确定单元，用于当所述第一临界位移大于所述插补段长度时，根据所述起点速度、所述终点速度、所述最大加速度以及所述最大加加速度，确定临界速度；
第二确定单元，用于根据所述临界速度，确定关于目标终点速度的目标函数；
第三确定单元，用于根据所述目标函数和所述插补段长度，确定目标终点速度；
控制单元，用于根据所述目标终点速度，控制所述刀具完成变速过程。
10.一种计算机设备，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8中任一项所述的方法的步骤。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1至8任一项所述的方法。
CN202111272464.4A 2021-10-29 2021-10-29 终点速度的校正方法、装置、计算机设备和存储介质 Active CN114019914B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111272464.4A CN114019914B (zh) 2021-10-29 2021-10-29 终点速度的校正方法、装置、计算机设备和存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111272464.4A CN114019914B (zh) 2021-10-29 2021-10-29 终点速度的校正方法、装置、计算机设备和存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114019914A true CN114019914A (zh) 2022-02-08
CN114019914B CN114019914B (zh) 2024-02-13

Family

ID=80058865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111272464.4A Active CN114019914B (zh) 2021-10-29 2021-10-29 终点速度的校正方法、装置、计算机设备和存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114019914B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH466403A (de) * 1965-09-03 1968-12-15 Olivetti & Co Spa Steueranordnung zur Positionierung eines beweglichen Teils einer Maschine, insbesondere Werkzeugmaschine
JPH07210233A (ja) * 1994-01-27 1995-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd ロボットの軌道の補間方法と補間装置
CN101640512A (zh) * 2008-07-29 2010-02-03 贺超 一种基于fpga的直线插补运动控制系统
CN102393885A (zh) * 2011-10-17 2012-03-28 南车资阳机车有限公司 一种计算内燃机车牵引列车运行速度和时间的系统及方法
CN110377065A (zh) * 2018-08-24 2019-10-25 天津京东深拓机器人科技有限公司 速度控制方法、装置及计算机可读存储介质
US20200262429A1 (en) * 2019-02-19 2020-08-20 Baidu Online Network Technology (Beijing) Co., Ltd. Velocity trajectory generation method, apparatus, and storage medium

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH466403A (de) * 1965-09-03 1968-12-15 Olivetti & Co Spa Steueranordnung zur Positionierung eines beweglichen Teils einer Maschine, insbesondere Werkzeugmaschine
US3518513A (en) * 1965-09-03 1970-06-30 Olivetti & Co Spa Position control device comprising an interpolating unit
JPH07210233A (ja) * 1994-01-27 1995-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd ロボットの軌道の補間方法と補間装置
CN101640512A (zh) * 2008-07-29 2010-02-03 贺超 一种基于fpga的直线插补运动控制系统
CN102393885A (zh) * 2011-10-17 2012-03-28 南车资阳机车有限公司 一种计算内燃机车牵引列车运行速度和时间的系统及方法
CN110377065A (zh) * 2018-08-24 2019-10-25 天津京东深拓机器人科技有限公司 速度控制方法、装置及计算机可读存储介质
US20200262429A1 (en) * 2019-02-19 2020-08-20 Baidu Online Network Technology (Beijing) Co., Ltd. Velocity trajectory generation method, apparatus, and storage medium

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张磊: "高速数控加工的速度自适应三次多项式前瞻插补算法研究与实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技Ⅰ辑》, pages 21 - 22 *
张磊: "高速数控加工的速度自适应三次多项式前瞻插补算法研究与实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技I辑》, pages 21 - 22 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114019914B (zh) 2024-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108549328B (zh) 自适应速度规划方法及系统
CN101510087B (zh) 微小线段高速加工的前瞻自适应速度控制方法
JP5417392B2 (ja) 数値制御装置
CN106814694B (zh) 一种高速高精度的参数曲线前瞻插补方法
JP5431987B2 (ja) 工作機械の制御装置
CN114740803B (zh) 一种nurbs曲线插补速度控制方法、装置及设备
CN107491036B (zh) 机床加工能耗控制方法及加工机床
CN114253221A (zh) S形速度规划方法、装置、计算机设备和存储介质
CN114019914A (zh) 终点速度的校正方法、装置、计算机设备和存储介质
CN116339242B (zh) 一种自由曲面刀具路径生成方法及相关设备
CN106647636A (zh) 进行基于曲率和曲率变化量的速度控制的数值控制装置
KR102409653B1 (ko) 수치 제어 장치, 수치 제어 방법 및 수치 제어 프로그램
CN113721555A (zh) 一种s型速度规划的目标速度的确定方法及装置
CN111813045B (zh) 根据速度前馈参数实现轮廓误差补偿处理的方法、数控加工系统、设备、装置及存储介质
CN112650147A (zh) 一种曲率限制下的最大速度参数限制方法以及装置
CN112764393B (zh) 一种确定速度敏感区间的扫描方法以及装置
CN117471991B (zh) 一种面向短插补周期的进给速度规划方法
CN116795044B (zh) 速度规划方法、装置、机床控制系统和存储介质
CN117555290A (zh) 一种三轴nurbs曲线实时插补控制方法
US20230097923A1 (en) Numerical control device
CN113090459B (zh) 一种风电机组运行参数控制方法、系统、设备及存储介质
CN117434828B (zh) 基于编码器反馈的数控系统主轴闭环控制方法
CN113449428B (zh) 一种采用多级修正与耦合抽稀算法的刀位点优化方法
CN114237152B (zh) 一种用于激光切割的柔性速度规划及位移补偿方法
WO2024084706A1 (ja) 加工指令修正装置及び加工指令修正方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant