数控系统的加减速控制及在高速加工中的应用

发布时间：2017-07-20 04:22

  本文关键词：数控系统的加减速控制及在高速加工中的应用

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【摘要】：加减速控制是数控系统插补器的重要组成部分,也是数控系统开发的关键之一。传统的加减速控制中,其加速度或者加加速度不连续导致数控系统的平稳性降低;对于复杂曲线需要将其离散成大量连续微小线段再进行加工,其加减速的频繁变化对加工效率产生严重影响。针对这些问题,本文对数控系统的加减速控制展开研究,在保证系统平稳性的前提下,实现高速高精度的数控加工。首先,对传统的几种加减速控制进行比较和分析,找出它们的优点和不足之处。然后针对这些不足进行改进,提出了一种三次S曲线的加减速规划算法。给出了相应的加加速度、加速度、速度和位移的计算表达式。利用最优化原理,对加减速控制中可能出现的各种情况进行了速度规划。仿真结果表明,该算法能保证加速度和加加速度的平稳变化,避免产生较大的冲击,提高了数控系统的运动稳定性;算法简单智能,可根据路径长度自适应地重新规划速度,提高了加工效率。其次,对复杂曲线加工的加减速控制进行了研究。为避免插补中速度频繁变化,分析和讨论了连续微小线段前瞻控制算法和线段间圆弧过渡算法。建立了插补几何元素转接矢量夹角数学模型,给出了转接点速度约束条件和求解方法。建立了相邻线段间的圆弧转接模型,根据弓高误差限制条件,给出了转接速度的计算方法。这两种算法以末速度不减速为零的方式进行加减速控制,在一定程度上缓和了速度的频繁跳变,提高了加工效率。最后,对NURBS曲线直接插补及其加减速控制进行了研究。给出了NURBS曲线的三种等价定义,并阐述了NURBS曲线直接插补的插补原理和方法。针对其插补时加减速没有明显起始点,速度难以规划的问题,提出了一种NURBS曲线的前瞻自适应加减速控制。根据弓高误差建立了速度约束条件,通过前瞻一定的距离来发现速度敏感点,然后根据速度约束条件计算和自适应地调整每个敏感点的速度,再按照三次S曲线加减速控制,完成速度的规划和加减速的控制。该方法结合了前瞻控制算法和三次S曲线加减速控制,较好地解决了NURBS曲线直接插补的速度控制问题。
【关键词】：加减速控制 三次S曲线 运动稳定性 前瞻控制 NURBS曲线插补
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 数控技术的发展9-13
• 1.1.1 数控技术的发展历程9-10
• 1.1.2 国内外数控技术的发展10-11
• 1.1.3 数控技术的发展趋势11-13
• 1.2 数控系统加减速控制13-15
• 1.2.1 数控系统的工作过程13-14
• 1.2.2 数控系统的加减速控制14-15
• 1.3 课题研究的目的及意义15-16
• 1.4 论文的主要工作内容16-18
• 2 数控系统加减速控制18-28
• 2.1 常用的加减速控制18-20
• 2.1.1 直线加减速18-19
• 2.1.2 指数加减速19-20
• 2.2 柔性加减速控制20-27
• 2.2.1 直线加抛物线加减速20-21
• 2.2.2 S曲线加减速21-24
• 2.2.3 多项式加减速24-25
• 2.2.4 三角函数加减速25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 三次S曲线加减速控制28-39
• 3.1 三次S曲线加减速控制的设计28-29
• 3.2 三次S曲线加减速控制29-33
• 3.2.1 三次S曲线加减速控制的图形描述29-30
• 3.2.2 三次S曲线加减速控制的表达式30-33
• 3.3 三次S曲线加减速控制的速度规划33-36
• 3.3.1 匀加速段（匀减速段）和匀速段的存在条件33-34
• 3.3.2 匀速段不存在时的速度重新规划34-36
• 3.4 三次S曲线加减速控制与S曲线加减速控制的对比36-38
• 3.5 不存在匀速段的重新规划实例38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 连续微小线段的前瞻控制算法39-47
• 4.1 数控前瞻控制39
• 4.2 插补几何元素转接矢量夹角模型39-41
• 4.3 线段间前瞻控制算法41-43
• 4.3.1 转接点速度的约束条件41-42
• 4.3.2 转接点速度的计算42-43
• 4.4 线段间拐角平滑过渡算法43-45
• 4.4.1 圆弧转接模型43-45
• 4.4.2 转接精度和转接速度45
• 4.5 本章小结45-47
• 5 NURBS曲线插补中的速度控制47-58
• 5.1 NURBS曲线简介47-49
• 5.2 NURBS曲线插补49-51
• 5.2.1 样条曲线插补的基本原理49
• 5.2.2 NURBS曲线实时插补49-51
• 5.3 NURBS曲线的前瞻自适应加减速控制51-57
• 5.3.1 NURBS曲线插补的弓高误差52-53
• 5.3.2 前瞻自适应加减速控制算法53-55
• 5.3.3 速度敏感点的判断和速度计算55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 罗福源;游有鹏;尹涓;;NURBS曲线S形加减速双向寻优插补算法研究[J];机械工程学报;2012年05期

2 王允森;盖荣丽;孙一兰;杨东升;徐明子;;基于牛顿迭代法的NURBS曲线插补算法[J];组合机床与自动化加工技术;2013年04期

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本文编号：566275