[发明专利]高速加工中心速度优化与平滑运动控制方法

权利要求书

1.一种高速加工中心的速度优化与平滑运动控制方法，其特征在于，该控制方法分为进给速度优化和前加减速控制两个步骤；

所述的进给速度优化包括以下步骤：

1)进给速度约束条件预计算

高速加工中，为了保证进给速度的平滑运动控制，相邻加工段的转接点速度、加工段的进给速度、相邻两插补周期的进给速度变化量均应不大于其相应的最大允许值，为此，根据加工段拐角限制，各轴进给速度和进给加速度限制，圆弧半径误差限制，计算转接点速度上限、加工段内最大进给速度和最大进给速度变化量约束条件；

l(h)段与l(h+1)段的转接点速度上限v_emax，h为：

vemax,h=min{vemax,h(1),vemax,h(2),vmax(arc)}---(1)]]>

其中，vΛ_max和a_Λmax分别为Λ轴最大允许速度和最大允许加速度，Λ＝x、y，z，e_e，h＝(e_xe，h，e_ye，h，e_ze，h)为l(h)段终点的单位方向矢量，e_s，h+1＝(e_xs，h+1，e_ys，h+1，e_zs，h+1)为l(h+1)段起点的单位方向矢量，T为插补周期，R和e_R分别为圆弧插补半径和最大半径误差；

l(h)段的段内最大进给速度v_max，h为：

vmax,h=min{vmax,h(1),vmax(arc)}---(2)]]>

其中，e_i，h＝(e_xi，h，e_yi，h，e_zi，h)为l(h)段第i个插补周期轨迹处的单位方向矢量；

l(h)段最大进给速度变化量Δv_max，h为：

Δvmax,h=minΛ=x,y,z{aΛmaxT/maxi{|eΛi,h|}}---(3)]]>

2)速度序列特征值预计算

加工段l(h)的进给速度序列{v_i}，0≤i≤N，由加速段{v_i}，i＝0，1，2，...，N1，匀速段{v_i}，i＝N1+1，...，N2和减速段{v_i}，i＝N2+1，...，N三部分组成，实际仅需计算加速段的v₀和v₁，匀速段速度v_N1+1，减速段的v_N-2，v_N-1和v_N，以及N共7个特征值；

3)进给速度优化参数预计算

进给速度优化参数包括进给速度序列长度最优值K^*，速度调整参数最优值Δv^*和k^*，其计算公式为

其中，和为序列长度K＝N时的进给速度简化模型最优解及其相应的目标函数最小值，和为序列长度K＝N-1时的进给速度简化模型最优解及其相应的目标函数最小值；

所述的前加减速控制采用S加减速规律，分为两个步骤：

首先根据S加减速规律迭代计算第i个插补周期的进给速度初始值v_i，i＝0，1，...，K^*，然后根据所求得进给速度优化参数(K^*，Δv^*，k^*)，按照下式计算进给速度优化值

v~i*=v0,i=0vi+Δv*+1,1≤i≤k*vi+Δv*,k*+1≤i≤K*-1Σi=KNvi-(K*-1)Δv*-k*,i=K*---(5)]]>

采用优化后的进给速度进行插补运算，实现了进给速度的高速、平滑衔接。