连续微线段高速加工数控系统路径与速度前瞻规划算法研究
发布时间：2021-02-07 21:56
数控技术是数控加工的关键,是实现制造业自动化的基础,也是我国制造强国战略的核心技术。数控系统是数控技术的重要组成部分,而路径与速度规划算法是数控系统实现运动控制功能的关键。本文结合实际科研项目,在现有技术的基础上,对数控系统的路径与速度规划算法中的转折点过渡、加减速控制以及速度前瞻规划进行了理论与实验研究。论文首先简要介绍数控系统的发展现状和组成以及数控系统在路径与速度规划过程中的研究现状,并针对路径与速度规划过程中的转折点过渡、加减速控制以及速度前瞻规划存在的问题进行分析,明确了本文的研究内容。然后介绍了转折点过渡常用的几种方式（直接过渡、一段线段过渡、圆弧过渡以及样条曲线过渡）,在此基础上提出了基于线段与圆弧的混合过渡并给出了包括轨迹误差约束、速度约束、加速度约束、加加速度约束在内的转折点过渡约束模型。接着对数控加工过程中的插补方案和加减速算法进行了介绍和优缺点对比,并对S形加减速算法进行详细的介绍,针对在进行S形加减速控制时存在的计算量过大的问题,给出了牛顿迭代的解决方案并证明了牛顿迭代的收敛性。再次,对数控系统的速度前瞻规划技术进行了研究。速度前瞻规划采取回溯法并预设前瞻段数以...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数控系统组成
??图１．１数控机床组成??其中，计算机数控系统又可以分为ＣＮＣ装置和驱动控制两部分，其组成如??下图１．２所示：??；?ＣＮＣ控制器?；ｉ?Ｓ动控嚼器?；??＾丨麵板等丨！｜￣￣■控制单元ＫｉｉｆｔＳｒｉ?：??（程序）＂＾ｉＡ设备靜?門；；＇??＇；??｜?Ｉ?ｉ?１｜纖?ｉ一Ｔ电气丨父制单兀一？机床电器！??输出设备丨丨?｜??显ｆＨｇ备等Ｉ??■速度控制单元—进给电机｜??；?Ｍ?位Ｓ检测｜??图１．２数控系统组成??在数控系统中，ＣＮＣ控制器和驱动控制器是运行数控运动控制算法的两个??核心部件。其中ＣＮＣ控制器一般负责运动控制算法的路径与速度规划（包括粗??插补）部分，驱动控制器一般负责伺服驱动与位置环控制（包括精插补）部分。??数控加工技术是目前加工制造的主流技术。一般地，数控加工的过程［７］如下??图１．３所示：??三维瘥Ｓ?零件成塑■＊??切削过程■？??电机５区动??数控系统??？???—；￣?—１?，?：??后置处理??＊路径规划速度前瞻｜一＊加域速控釗伺服控制??速度规划??图１．３数控加工过程??３??
端数控系统中应用较为广泛。直接过渡的最大缺点是高速时速度波动大，平稳性??差。直接过渡法保证了转折点合成速度的大小不发生变化，但是由于合成速度是??个矢量，当速度方向发生变化时，会造成各运动轴的速度波动。如下图１．４所示，??黑线表示合成方向速度，红线表不ｘ轴方向速度，蓝线表不轴方向速度。合成??速度的大小始终保持不变，但是在周期编号为４０时，由于方向的改变，ｘ轴、：ｖ??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于圆弧过渡的五段S型加减速算法[J]. 司慧晓,吴文江,李浩. 组合机床与自动化加工技术. 2017(03)
[2]面向伺服动态特性匹配的轮廓误差补偿控制研究[J]. 李祥飞,赵欢,赵鑫,丁汉. 机械工程学报. 2017(01)
[3]伺服运动控制轮廓误差补偿技术研究[J]. 江韦,邹俊忠,张见,卫作臣. 制造技术与机床. 2016(04)
[4]国内外数控系统技术研究现状与发展趋势[J]. 蔡锐龙,李晓栋,钱思思. 机械科学与技术. 2016(04)
[5]基于牛顿迭代法的S形加减速时间算法研究[J]. 杨亮亮,许守金,史伟民,葛宏伟. 中国机械工程. 2015(07)
[6]一种自适应前瞻的微线段速度平滑插补算法[J]. 陈铮杰,赵东标,李克强. 机械设计与制造工程. 2014(03)
[7]数控加工速度前瞻及插补算法的研究[J]. 卜凡,樊留群,齐党进. 机械与电子. 2013(08)
[8]利用“修形法”实现S曲线加减速控制[J]. 凌文锋,陈吉红,唐小琦. 机床与液压. 2012(22)
[9]基于FPGA的步进电动机加减速控制器[J]. 张滨,杜启亮,田联房. 微特电机. 2012(08)
[10]NURBS曲线S形加减速双向寻优插补算法研究[J]. 罗福源,游有鹏,尹涓. 机械工程学报. 2012(05)
博士论文
[1]微小线段高速加工的轨迹优化建模及前瞻插补技术研究[D]. 金永乔.上海交通大学 2015
[2]数控系统速度前瞻控制算法及其实现[D]. 王海涛.南京航空航天大学 2011
[3]高平稳数控运动控制算法与系统软件开发方法研究[D]. 何均.南京航空航天大学 2010
[4]高性能数控系统若干关键技术的研究[D]. 冷洪滨.浙江大学 2008
[5]高速数控加工的前瞻控制理论及关键技术研究[D]. 任锟.浙江大学 2008
硕士论文
[1]具有连续加加速度与误差自适应特性的高效柔性数控算法研究与设计[D]. 翁祖昊.上海交通大学 2015
[2]多轴联动空间刀具半径补偿算法研究[D]. 黄秀文.广东工业大学 2013
[3]精密数控机床伺服系统控制参数优化研究与应用[D]. 刘端健.中南大学 2013
[4]数控系统柔性加减速控制方法研究及软件开发[D]. 李晓辉.浙江大学 2007
[5]NURBS曲线插补技术研究及其仿真[D]. 刘新山.吉林大学 2007
[6]基于机床动力学特性的连续小直线段高速插补算法[D]. 李黎.华中科技大学 2006
[7]CNC数控系统加减速控制方法研究与实现[D]. 商允舜.浙江大学 2006
[8]基于PC的数控系统软件设计研究[D]. 丁仕燕.合肥工业大学 2002
本文编号：3022877
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数控系统组成
??图１．１数控机床组成??其中，计算机数控系统又可以分为ＣＮＣ装置和驱动控制两部分，其组成如??下图１．２所示：??；?ＣＮＣ控制器?；ｉ?Ｓ动控嚼器?；??＾丨麵板等丨！｜￣￣■控制单元ＫｉｉｆｔＳｒｉ?：??（程序）＂＾ｉＡ设备靜?門；；＇??＇；??｜?Ｉ?ｉ?１｜纖?ｉ一Ｔ电气丨父制单兀一？机床电器！??输出设备丨丨?｜??显ｆＨｇ备等Ｉ??■速度控制单元—进给电机｜??；?Ｍ?位Ｓ检测｜??图１．２数控系统组成??在数控系统中，ＣＮＣ控制器和驱动控制器是运行数控运动控制算法的两个??核心部件。其中ＣＮＣ控制器一般负责运动控制算法的路径与速度规划（包括粗??插补）部分，驱动控制器一般负责伺服驱动与位置环控制（包括精插补）部分。??数控加工技术是目前加工制造的主流技术。一般地，数控加工的过程［７］如下??图１．３所示：??三维瘥Ｓ?零件成塑■＊??切削过程■？??电机５区动??数控系统??？???—；￣?—１?，?：??后置处理??＊路径规划速度前瞻｜一＊加域速控釗伺服控制??速度规划??图１．３数控加工过程??３??
端数控系统中应用较为广泛。直接过渡的最大缺点是高速时速度波动大，平稳性??差。直接过渡法保证了转折点合成速度的大小不发生变化，但是由于合成速度是??个矢量，当速度方向发生变化时，会造成各运动轴的速度波动。如下图１．４所示，??黑线表示合成方向速度，红线表不ｘ轴方向速度，蓝线表不轴方向速度。合成??速度的大小始终保持不变，但是在周期编号为４０时，由于方向的改变，ｘ轴、：ｖ??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于圆弧过渡的五段S型加减速算法[J]. 司慧晓,吴文江,李浩. 组合机床与自动化加工技术. 2017(03)
[2]面向伺服动态特性匹配的轮廓误差补偿控制研究[J]. 李祥飞,赵欢,赵鑫,丁汉. 机械工程学报. 2017(01)
[3]伺服运动控制轮廓误差补偿技术研究[J]. 江韦,邹俊忠,张见,卫作臣. 制造技术与机床. 2016(04)
[4]国内外数控系统技术研究现状与发展趋势[J]. 蔡锐龙,李晓栋,钱思思. 机械科学与技术. 2016(04)
[5]基于牛顿迭代法的S形加减速时间算法研究[J]. 杨亮亮,许守金,史伟民,葛宏伟. 中国机械工程. 2015(07)
[6]一种自适应前瞻的微线段速度平滑插补算法[J]. 陈铮杰,赵东标,李克强. 机械设计与制造工程. 2014(03)
[7]数控加工速度前瞻及插补算法的研究[J]. 卜凡,樊留群,齐党进. 机械与电子. 2013(08)
[8]利用“修形法”实现S曲线加减速控制[J]. 凌文锋,陈吉红,唐小琦. 机床与液压. 2012(22)
[9]基于FPGA的步进电动机加减速控制器[J]. 张滨,杜启亮,田联房. 微特电机. 2012(08)
[10]NURBS曲线S形加减速双向寻优插补算法研究[J]. 罗福源,游有鹏,尹涓. 机械工程学报. 2012(05)
博士论文
[1]微小线段高速加工的轨迹优化建模及前瞻插补技术研究[D]. 金永乔.上海交通大学 2015
[2]数控系统速度前瞻控制算法及其实现[D]. 王海涛.南京航空航天大学 2011
[3]高平稳数控运动控制算法与系统软件开发方法研究[D]. 何均.南京航空航天大学 2010
[4]高性能数控系统若干关键技术的研究[D]. 冷洪滨.浙江大学 2008
[5]高速数控加工的前瞻控制理论及关键技术研究[D]. 任锟.浙江大学 2008
硕士论文
[1]具有连续加加速度与误差自适应特性的高效柔性数控算法研究与设计[D]. 翁祖昊.上海交通大学 2015
[2]多轴联动空间刀具半径补偿算法研究[D]. 黄秀文.广东工业大学 2013
[3]精密数控机床伺服系统控制参数优化研究与应用[D]. 刘端健.中南大学 2013
[4]数控系统柔性加减速控制方法研究及软件开发[D]. 李晓辉.浙江大学 2007
[5]NURBS曲线插补技术研究及其仿真[D]. 刘新山.吉林大学 2007
[6]基于机床动力学特性的连续小直线段高速插补算法[D]. 李黎.华中科技大学 2006
[7]CNC数控系统加减速控制方法研究与实现[D]. 商允舜.浙江大学 2006
[8]基于PC的数控系统软件设计研究[D]. 丁仕燕.合肥工业大学 2002
本文编号：3022877
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