[发明专利]高速加工中心速度优化与平滑运动控制方法

摘要

本发明提供了一种高速加工中心的速度优化与平滑运动控制方法，涉及高速加工技术领域。高速加工中心要求进给速度达40m/min，加速度达2g，而且要求机床在进行微小段加工时能平稳运行。该方法由进给速度优化、前加减速控制两步骤构成。速度优化考虑了加工段拐角因素和机床速度、加速度的约束，为保证计算实时性，通过相关性分析获得了简化的整数优化模型，并根据决策变量对目标函数影响程度的主次分析，给出了简化模型分步优化各决策变量的解析计算公式。本发明的速度优化与平滑运动控制方法，在不改变原数控系统控制软件结构的情况下，能够使高速加工中心的进给速度平稳衔接。

主权项

1.一种高速加工中心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，vemax,h(1)=minΛ=x,y,z{vΛmax/|eΛe,h|,vΛmax/|eΛs,h+1|},]]>vemax,h(2)=minΛ=x,y,z{aΛmaxT/|eΛs,h+1-eΛe,h|},]]>vmax(arc)=8ReR/T,]]>v_Λmax和a_Λmax分别为Λ(Λ＝x，y，z)轴最大允许速度和最大允许加速度，e_e，h＝(e_xe，h，e_ye，h，e_ze，h)^T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)^T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，vmax,h(1)=minΛ=x,y,z{vΛmax/maxi=x,y,z{|eΛi,h|}},]]>e_i，h＝(e_xi，h，e_yi，h，e_zi，h)^T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(i＝0，1，2，...，N1)，匀速段(i＝N1+1，...，N2)和减速段(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，(Δv_(N)^*，k_(N)^*)和f_(N)^*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，(Δv_(N-1)^*，k_(N-1)^*)和f_(N-1)^*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。