嵌入式数控系统速度前瞻规划算法研究
发布时间：2021-11-01 16:41
梯形加减速法被广泛地应用到嵌入式数控系统当中,为了进一步追求平稳和高效,在连续多段前瞻算法的基础之上做了改进,提出了单段前瞻后顾算法;通过仿真实验,对比分析了3种不同速度规划算法的效率和平稳性。结果表明,单段前瞻后顾算法能有效避免单次连续规划段数对效率和平稳性的影响,且能够有效减少电机加减数次数,执行效率也得到了小幅提升,与前人相比有不同程度提高。此外,算法能够在嵌入式数控系统平台（STM32F407）上实现,测量结果与仿真吻合。
【文章来源】：兵器装备工程学报. 2020,41(08)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
圆周运动模型示意图
假设一段连续加工轨迹有n段直线，每次连续规划段数为N，那么至少需要n/N或n/N+1次才能完成整段加工轨迹的规划。视起点到终点为一个连续的加速过程，从终点到起点为一个连续的反向加速过程。连续多段前瞻规划算法原理如图2所示。正向加速阶段，第i段直线入口速度为vf0,i，若加速度为ai，经过距离Si正向加速之后，出口速度，取，取第i段直线的实际出口速度vft,i=min{vmj,i+1,v"ft,i}，其中vmj,i+1为第i段与第i+1段的最大衔接速度，在本文第1节中已经得到。由此得到第i+1段直线的实际入口速度vf0,i+1，依次类推。其中默认第1段直线入口速度vf0,1=0。
为了研究单次连续前瞻规划段数对效率和平稳性的影响，用连续多段前瞻算法验证以下一段G代码，对应轨迹如图3所示。得到效率和平稳性随规划段数的变化关系，如表1所示。表1中多出的3段来自被打断的圆弧。由表可知，规划段数与平均速度相关性显著(R=0.895 5,P=0.001 1)，但与加减速次数和冲击次数相关性均不显著(R=-0.688 6,P=0.040 2;R=-0.620 5,P=0.074 6)。换而言之，对于连续多段前瞻算法而言，增加单次规划段数虽然能够提高效率，但是并不确定能减少冲击，因而设计人员在选择规划段数的过程中可能会出现一定的盲目性。此外，过分追求的规划段数会可能额外增加算法时间复杂度和空间复杂度，对系统实时性可能有潜在影响，存在一定局限性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应前瞻和预测校正的实时柔性加减速控制算法[J]. 李浩,吴文江,韩文业,郭安. 中国机械工程. 2019(06)
[2]基于圆弧转接和跨段前瞻的拾放操作轨迹规划[J]. 王涛,陈立,郭振武,王斌锐,李振娜. 计算机集成制造系统. 2019(10)
[3]时间分割圆弧插补算法的改进[J]. 李彦奎,吕彦明. 组合机床与自动化加工技术. 2017(01)
[4]插补前加减速运动时间周期化等效变换算法[J]. 尹涓,罗福源. 中国机械工程. 2014(24)
[5]高速嵌入式数控系统速度前瞻控制算法的研究[J]. 王耀庭,张秋菊,成津赛. 机械科学与技术. 2014(12)
[6]通用型前瞻速度规划算法[J]. 董靖川,王太勇,王自静,李勃,丁彦玉,蒋永翔. 计算机集成制造系统. 2013(03)
[7]数控机床高速微线段插补算法与自适应前瞻处理[J]. 张立先,孙瑞勇,高小山,李洪波. 中国科学:技术科学. 2011(06)
[8]加工路径段进给速度的转接及加减速处理方法[J]. 陈良骥,冯宪章. 农业机械学报. 2010(01)
[9]基于双向扫描算法的小线段速度规划[J]. 黄昕,李迪,李方,何英武. 计算机集成制造系统. 2009(11)
[10]一种连续小线段高速插补算法[J]. 叶伟,王小椿. 南京理工大学学报(自然科学版). 2008(04)
本文编号：3470441
【文章来源】：兵器装备工程学报. 2020,41(08)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
圆周运动模型示意图
假设一段连续加工轨迹有n段直线，每次连续规划段数为N，那么至少需要n/N或n/N+1次才能完成整段加工轨迹的规划。视起点到终点为一个连续的加速过程，从终点到起点为一个连续的反向加速过程。连续多段前瞻规划算法原理如图2所示。正向加速阶段，第i段直线入口速度为vf0,i，若加速度为ai，经过距离Si正向加速之后，出口速度，取，取第i段直线的实际出口速度vft,i=min{vmj,i+1,v"ft,i}，其中vmj,i+1为第i段与第i+1段的最大衔接速度，在本文第1节中已经得到。由此得到第i+1段直线的实际入口速度vf0,i+1，依次类推。其中默认第1段直线入口速度vf0,1=0。
为了研究单次连续前瞻规划段数对效率和平稳性的影响，用连续多段前瞻算法验证以下一段G代码，对应轨迹如图3所示。得到效率和平稳性随规划段数的变化关系，如表1所示。表1中多出的3段来自被打断的圆弧。由表可知，规划段数与平均速度相关性显著(R=0.895 5,P=0.001 1)，但与加减速次数和冲击次数相关性均不显著(R=-0.688 6,P=0.040 2;R=-0.620 5,P=0.074 6)。换而言之，对于连续多段前瞻算法而言，增加单次规划段数虽然能够提高效率，但是并不确定能减少冲击，因而设计人员在选择规划段数的过程中可能会出现一定的盲目性。此外，过分追求的规划段数会可能额外增加算法时间复杂度和空间复杂度，对系统实时性可能有潜在影响，存在一定局限性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应前瞻和预测校正的实时柔性加减速控制算法[J]. 李浩,吴文江,韩文业,郭安. 中国机械工程. 2019(06)
[2]基于圆弧转接和跨段前瞻的拾放操作轨迹规划[J]. 王涛,陈立,郭振武,王斌锐,李振娜. 计算机集成制造系统. 2019(10)
[3]时间分割圆弧插补算法的改进[J]. 李彦奎,吕彦明. 组合机床与自动化加工技术. 2017(01)
[4]插补前加减速运动时间周期化等效变换算法[J]. 尹涓,罗福源. 中国机械工程. 2014(24)
[5]高速嵌入式数控系统速度前瞻控制算法的研究[J]. 王耀庭,张秋菊,成津赛. 机械科学与技术. 2014(12)
[6]通用型前瞻速度规划算法[J]. 董靖川,王太勇,王自静,李勃,丁彦玉,蒋永翔. 计算机集成制造系统. 2013(03)
[7]数控机床高速微线段插补算法与自适应前瞻处理[J]. 张立先,孙瑞勇,高小山,李洪波. 中国科学:技术科学. 2011(06)
[8]加工路径段进给速度的转接及加减速处理方法[J]. 陈良骥,冯宪章. 农业机械学报. 2010(01)
[9]基于双向扫描算法的小线段速度规划[J]. 黄昕,李迪,李方,何英武. 计算机集成制造系统. 2009(11)
[10]一种连续小线段高速插补算法[J]. 叶伟,王小椿. 南京理工大学学报(自然科学版). 2008(04)
本文编号：3470441
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