基于开放式PC机上数控系统速度控制算法的研设计过程的叙述的修改毕业论文.doc

1.前瞻部分速度条件的具体限制在前瞻的考虑中，以及在连续小直线段的连接处，特别是有拐角问题的解决，有很多人做出了大量的努力。（1）前文中，提到的是一种比较常见的用于连续小直线段的前瞻算法。我们设计的程序流程的前瞻部分就是基于这种算法的，其步骤如下：1由当前路径段l(n)的信息,如路径长度ln和路径段起点进给速度vs,n,按线性加速的方式求出该路径段的终点进给速度ve,n(不大于数控系统允许的最大进给速度值)；2读下一条指令以获取下一条路径段l(n+1)的信息。如果下一条指令不是运动指令或者取不到下一条指令,则令当前路径段的终点进给速度为零,该计算过程结束,否则继续下一步；3根据当前路径段l(n)和下一路径段l(n+1)之间的夹角,修正当前路径段的终点进给速度vs,n得到vs,n,并令下一路径段的起点进给速度等于修正后的当前路径段的终点进给速度,即vs,n+1=vs,n；4以减速的方式求得下一条路径段的终点速度ve,n+1(大于等于零)。如果能在下一条路径段中把进给速度降为零,即ve,n+1=0,那么就可以不必获取后续路径段的信息,该计算过程结束,否则继续下一步；5把下一路径段l(n+1)作为当前处理的路径段,以递归的方式回到第2步继续进行。需要注意的是,如果按路径段l(n+1)和l(n+2)之间夹角修正后的终点进给速度ve,n+1小于修正前的终点进给速度ve,n+1,则路径段l(n+1)的起点进给速度vs,n+1也要修正,可由修正后的终点进给速度ve,n+1按加速的方式反向求出vs,n+1,然后再按路径段l(n+1)与l(n)之间的夹角反向修正路径段l(n)的终点进给速度。可以看出,上面求路径段进给速度的方法是个递归调用的过程。该方法的要点在于:在满足后续的加工路径段(如果存在)中保证刀具进给速度能够降为零和相邻路径段连接处的进给速度不超过连接处夹角所允许的最大进给速度的前提下,求得路径段的最大允许加工进给速度,以满足由微小路径段组成的刀具路径的快速、平滑的加工过程。在相邻段之间是有一定的夹角的。相邻路径段之间的夹角是指第一条路径段终点处的加工进给方向与第二条路径段起点处的加工进给方向的夹角。如图3所示,B点为两相邻路径段的连接点,夹角的范围为0°180°。可以想象,当=0°时,对B点处的进给速度大小没有限制,当=180°时,B点处的进给速度必须为零。在0°180°之间,越大,所允许的B点进给速度值就越小。刀具沿路径段AB加工到终点B时的进给速度为vB,e,然后进入下一个路径段BC的加工,在BC段起点处的进给速度vB,s与vb,e的夹角为,大小相同。在考虑整体的速度情况下此计算在该相邻路径段连接处的加速度大小为上式中T为插补周期。由于数控系统一般有最大加速度的限制,即由上式可以得出对相邻路径段连接处进给速度大小的限制为这样就可以限制其在连接处的速度了。这是一种综合考虑合成速度限制的方法。2.在采用单个轴的速度限制的时候，为了保证插补加速度不超出预先设定的最大加速度，,insV（其中，I表示每个轴加以的限制）应满足以下条件：,1,coscosiinsiinnTaVixyz,这是转折处的夹角所带来的速度限制。然后按最大加速度a和最大捷度j，判断能否在s长度内从Vn-1,s降速到Vn-1,e。若s足够长，保留当前Vn-1,s值；若s不够长，由Vn-1,e，j,a,s，修正Vn-1,s值，同时还要对前面的端点进行计算，使得前段长度sn-1能够加速或减速到当前的速度。3.还有一种方法是通过假设在转折点的位置假设该线段间用一个很小的圆弧连接，即这一段是作为一个匀速圆周运动来考虑的。这种方式对连接处的拐角比较大的情况是很实用的。1.转角比较大，速度比较低。2.低速状态下，速度改变比较小，可以近似认为是定值。3.低速情况下，摩擦力，切削的影响比较小。该方法对速度的限制是ve<=sqrt(a*R)=sqrt(a*sigma/(1/cos(gama/2)-1)；/这里最好加上一张三种方法的比较图。通过该图，我们可以直观地得出，方法2是覆盖范围最宽的，而且该方法考虑的问题最贴合机床的实际状况单个的轴上面都有速度限制。而且由于机床的数控系统的计算能力的限制，使用方法3意味着将多出计算一个圆弧的起点和终点，而半径的大小还受到系统误差大小的影响，在实际应用中是比较有限的。因此最终决定只采用方法2来进行前瞻。在前面我们已经简单讨论了前瞻部分的流程，下面将具体地对这个流程的比较具体的算法由于采用的是回溯法，因此假设的是第n_lookahead-1段的终点的速度为0。也即第n_lookahead段（前瞻n_lookahead段）的起点速度是0，那么现在往回求第n_lookahead-1段的起点速度。这里的n_lookahead表示的是前瞻的段数。在求第n_lookahead-1段的起点速度的时候，有下面的几个限制条件：第一个限制条件就是从后面的一点到前一点的时候，需要求出一个速度，这个速度是保证能够走完该段s，达到vsn_lookahead的最小速度。该速度必须满足的条件是从当前一点到后一点的时候，有vn_lookaheads>vn_lookahead-1s的时候，即是一个加速过程的时候，vn_lookahead1stemp=sqrt(vn_lookaheads*vn_lookaheads-2*a*sn_lookahead)；反之vn_lookahead1stemp=sqrt(vn_lookaheads*vn_lookaheads+2*a*sn_lookahead)；求得这个值以后，从而得到了第一个限制的条件。另外，因为刀具在拐弯的时候，会有一个最大的速度限制，这个速度的大小在不同的坐标轴上体现的不同。vn_lookahead1sx=dabs(T*a/(cosalfxn_lookahead-cosalfxn_lookahead-1)/x轴对角度的限制。这里假设a在各个轴上是相等的。vn_lookahead1sy=dabs(T*a/(cosalfyn_lookahead-cosalfyn_lookahead-1)；/y轴对角度的限制。vn_lookahead1sz=dabs(T*a/(cosalfzn_lookahead-cosalfzn_lookahead-1)；/z轴对角度的限制。vn_lookahead1s=mnn_lookahead(vn_lookahead1sx,vn_lookahead1sy,vn_lookahead1sz)；/这些是角度的限制条件。从而得到了第二个限制的条件。此外，由于在三个轴上都是有一个最大的速度限制的v，这里通过传值调用，将这个值传了过来。最终得到的结果就应当是。Vn_lookahead1s=mnn_lookahead(vn_lookahead1s,v,vn_lookahead1stemp),注意，这个地方是通过单个轴来计算的整体的速度是否能够达到的。从而将这个值得到，并作为下一次迭代的过程的基础。现在得到了前一点的vn_lookahead-1s，从而就可以进行第二次迭代，将这个vn_lookahead-1s代入上面所述的过程，并能够推导出来vn_lookahead-2s。依次类推，就可以得到当前点的速度了。（这个地方要画一个图，）到这里，整个前瞻的过程并没有完全地结束。因为现在得到的这个点的速度并不能够保证从当前点p的前一个点的速度通过加速或者减速，在预期的长度l内能够达到当前点的速度。于是必须将前一点的速度代入vn_lookahead-2e=sqrt(dabs(vn_lookahead-1e*vn_lookahead-1e-2*a*sn_lookahead-1)；通过这个距离判断的参量，判断vn_lookaheads是否小于这个值，看是否在这段距离sn_lookahead-1（这里的n_lookahead表示的是第n_lookahead点）vn_lookahead-1s加速/减速到当前点的vn_lookaheads。假如刚才得到的vn_lookaheads是比这个值要小的，那么这里vn_lookaheads=mnn_lookahead(resultVn_lookahead1e,v,vn_lookahead1s)。从而最终得到了需要计算的当前点的最终的速度。由于整个算法是需要编制成计算机程序的，这里就可以将vn_lookaheads存储下来了。同时vn_lookaheade，即前一段的速度值也可以通过这种方式计算出来，所不同的是所求的点的是刚才计算当前点的前一点。这种方式主要是使用在那种一边插补，一边计算的数控系