多轴数控系统的运动控制算法研究与开发

发布时间：2017-10-26 15:42

  本文关键词：多轴数控系统的运动控制算法研究与开发

  更多相关文章： 数控系统 运动控制算法 加减速算法 速度前瞻算法 插补算法 速度平滑处理 切向跟随算法

【摘要】：数控技术是现在装备制造业的关键技术,数控系统的运动控制技术也对制造装备的性能起着决定性的作用。随着工业的快速发展,先进制造技术对数控系统的性能提出了更高的要求。为了满足先进制造技术的需求、实现高性能的数控系统,本文围绕高性能数控系统的柔性加减速控制、速度前瞻控制、插补算法、速度平滑处理和切向跟随算法等方面展开研究。针对柔性加减速控制,分析了简化S型加减速控制模型的特点,提出了根据线段的长度和速度关系来快速分类S型加减速速度曲线的方法,并推导了简便的计算公式,为数控系统的速度规划和速度前瞻的实现奠定了理论基础。针对目前数控加工代码中常常包含大量连续微小线段的现象,提出了一种针对连续小线段的自适应速度前瞻控制算法。通过建立连续小线段衔接处的速度约束模型,确定了线段间衔接处的最优速度,并且根据该速度的大小自适应选择前瞻的段数,从而实现前瞻区间和前瞻计算时间的有效减少。针对基于时间分割法的插补算法,研究了基于误差控制的平面和空间直线、圆弧插补方法,以及参数曲线的插补方法。同时提出了一种基于曲线曲率变化的NURBS曲线速度前瞻控制策略,通过曲率的变化划分前瞻区间并进行统一的速度规划,实现了NURBS曲线的高效实时插补算法。针对插补余量带来的速度尖点问题,提出速度平滑处理方法。结合数控系统不同运动类型的速度曲线的特点,将速度曲线划分为对称性速度曲线和非对称性速度曲线。对于对称性的速度曲线,采用调整加工时的运动参数的方法来实现插补总时间为插补周期的倍数的方法来消除圆整误差,从而实现速度曲线的高效平滑处理。对于实时性要求很高的非对称速度曲线,采用构造平摊序列的方式来实现圆整误差的消除,从而减轻了速度平滑的运算量,保证插补的实时性。针对不同类型的加工路径的切向跟随运动控制模型,提出了直线、圆弧、NURBS曲线和连续小线段的切向跟随算法,同时还根据几何关系给出了各种类型曲线的起始角度计算公式,为数控系统切向跟随功能的实现奠定了理论基础。通过在基于OMAPL138+FPGA的运动控制器硬件平台上进行了算法验证,以及在皮革数控切割机中进行了实际加工应用结果表明,本文所提出的运动控制算法能有效提高数控设备的加工效率和加工质量。
【关键词】：数控系统 运动控制算法 加减速算法 速度前瞻算法 插补算法 速度平滑处理 切向跟随算法
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 课题的研究背景及意义14
• 1.2 国内外数控技术发展现状及趋势14-16
• 1.3 运动控制关键技术研究现状16-19
• 1.3.1 柔性加减速控制算法的研究现状16-17
• 1.3.2 连续线段速度前瞻算法的研究现状17-18
• 1.3.3 数控插补算法的研究现状18-19
• 1.4 数控皮革切割技术国内外发展现状19
• 1.5 课题来源及主要研究内容19-23
• 第二章 加减速算法研究23-32
• 2.1 S型加减速速度曲线分析23-26
• 2.2 简化S型加减速曲线特性分析26-29
• 2.3 算法仿真和分析29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 连续线段速度前瞻算法设计32-42
• 3.1 前瞻速度的约束分析32-36
• 3.1.1 线段衔接夹角速度约束分析32-34
• 3.1.2 线段长度约束分析34-36
• 3.1.3 最大前瞻速度确定36
• 3.2 自适应速度前瞻算法设计36-37
• 3.3 自适应速度前瞻算法实现37-40
• 3.4 实例分析40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 插补算法设计42-60
• 4.1 直线插补42-45
• 4.1.1 平面直线插补42-43
• 4.1.2 空间直线插补43-44
• 4.1.3 直线插补误差分析44-45
• 4.2 圆弧插补45-49
• 4.2.1 平面圆弧插补45-47
• 4.2.2 空间圆弧插补47-48
• 4.2.3 圆弧插补误差分析48-49
• 4.3 参数曲线插补49-54
• 4.3.1 参数曲线插补原理49-50
• 4.3.2 NURBS曲线插补50-52
• 4.3.3 NURBS曲线插补误差分析52-53
• 4.3.4 NURBS曲线速度前瞻控制53-54
• 4.4 插补实例分析54-59
• 4.4.1 直线插补实例分析54-55
• 4.4.2 圆弧插补实例分析55-57
• 4.4.3 NURBS曲线插补实例分析57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 速度曲线平滑处理60-68
• 5.1 对称性S型加减速曲线平滑处理60-62
• 5.2 非对称性S型加减速曲线平滑处理62-66
• 5.2.1 计算插补平摊因子63-64
• 5.2.2 平摊插补余量64-66
• 5.2.3 插补误差消除66
• 5.3 仿真与实验66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 切向跟随算法设计68-80
• 6.1 直线段切向跟随插补算法设计68-69
• 6.2 圆弧切向跟随插补算法设计69-71
• 6.3 NURBS曲线切向跟随算法设计71-72
• 6.4 连续线段群切向跟随算法设计72-73
• 6.5 仿真与实验73-79
• 6.5.1 直线切向跟随仿真实例分析73-75
• 6.5.2 圆弧切向跟随仿真实例分析75-76
• 6.5.3 NURBS曲线切向跟随仿真实例分析76-78
• 6.5.4 连续小线段群切向跟随仿真实例分析78-79
• 6.6 本章小结79-80
• 第七章 关键算法应用实例分析80-90
• 7.1 速度前瞻算法应用实例分析81-85
• 7.2 速度平滑处理实例分析85-88
• 7.3 切向跟随插补算法实例分析88-90
• 总结与展望90-92
• 参考文献92-96
• 攻读硕士学位期间发表论文96-98
• 致谢98

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