数控连续区域短轨迹代码加减速处理算法研究.pdf数控连续区域短轨迹代码加减速处理算法研究.pdf

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机电工程技术2009年第38卷第01期机电工程技术年第卷第期数控连续区域短轨迹代码加减速处理算法研究觹张碧陶1,高伟强1,沈列2,阎秋生1,宋1(1.广东工业大学机电工程学院,广东广州510006;2.广州市诺信数字测控设备有限公司,广东广州510385)觹广州市科技计划资助项目(编号2006Z2-D9021)收稿日期2008-07-08摘要加减速控制方法是数控系统开发的关键技术之一,所以研究加减速控制方法具有重要意义。简单介绍了数控系统控制刀具轨迹运动的余弦加减速控制算法,并针对数控系统在处理大容量短轨迹NC代码时的运动加减速控制问题,提出了区域整体按余弦曲线加减速处理新的控制算法。实验证明,按照多段短轨迹代码整体按余弦曲线加减速规律进行控制,既能达到比较好的控制效果,满足加工的要求,又能解决海量短轨迹代码单段处理所产生的问题,更好的提高加工效率和加工质量。关键词运动控制;前瞻;数控插补;区域拐点中图分类号TP273文献标识码A文章编号1009-9492200901-0064-031引言加减速控制是数控系统开发的关键技术之一。数控加工的目标是实现高精度高效率的加工,因此一方面要求数控机床反应快,快速准确启停,缩短准备时间;另一方面要求加工过程运动平稳,冲击小,这些要求需要靠加减速控制来保障[2]。本文所研究的是基于时间分割法插补,用余弦加减速控制规律进行的前加减速控制。目前常用的加减速控制算法有直线的加减速曲线梯形速度曲线、S形速度曲线等。本文提出一种新的余弦加减速控制算法,其具有高阶可导、连续,运动柔性平稳和计算简单,可用参数控制等特点。随着CAD/CAM技术的发展和加工精度要求的提高,数控加工大都是自动编程,NC程序的代码量越来越大(海量代码),每段加工代码轨迹的长度却越来越短。由于代码轨迹长度过短,对单条代码处理实际并不能构成整体的余弦或S形曲线加减速,而是逼近为直线的加减速曲线。而目前用到的直线加减速控制在速度规律曲线的起点、拐点、终点存在加速度的突变,会造成机床冲击。因此,要进一步提高数控机床的加工质量和效率,就要优化海量代码的加减速控制算法,而对短轨迹代码的处理是加减速控制迫切要解决的问题。为此,本文提出将多段连续的短轨迹代码用一段整体的区域轨迹代码来实现加减速控制方法,解决短轨迹代码加减速处理中的问题。2余弦加减速控制用软件实现的加减速控制既可以在插补前进行,也可以放在插补后进行。放在插补前的加减速控制称为前加减速控制,放在插补后的加减速控制称为后加减速控制。根据加减速控制方式的不同可将加减速控制分为三种方式线性加减速控制、指数型加减速控制、S曲线加减速控制[4]。线性加减速控制算法的优点是算法简单,效率高。但这种算法的缺点也很明显,在加减速阶段的起点、终点处加速度有突变,机床运动存在柔性冲击。另外速度的过渡不够平滑,运动精度低。指数型加减速的不足启动过程仍存在较大冲击;加减速过程结束时速度变化是渐进的,变化过程太大,需要进行修正处理。S曲线加减速在任何一点的加速度都是连续变化的,从而避免了柔性冲击,速度的平滑性很好,但是算法较复杂。为了更好地解决这些算法存在的问题,我们提出了余弦加减速控制算法。这里假设代码段足够长,可以实现从初始速度VS加速到设定的速度VM,再减速到VE。这样,按照余弦加减速控制,可以得出如图1所示的三个运动过程加速、匀速和减速。加速段根据速度和加速度的边界条件,可以构造出余弦加减速运动曲线函数V(T)=12(VM+VS)-12(VM-VS)COST'(1)式中,VM是设定运动速度,VS是运动起始速度,T'=T/TAC,TAC为加速时间。对(1)式求导可得加速度函数A(T)=12(VM-VS)SINT'(2)环月数控技术64机电工程技术2009年第38卷第01期机电工程技术年第卷第期图3拐4点判断图1余弦曲线加减速控制图2短轨迹代码路径数控技术再对(1)式积分可得加速位移函数S(T)=12(VM+VS)T-TAC2Π(VM-VS)SINT'(3)同理,可以得出减速段和匀速段的数学表达式。由图1可以看出,三角函数加减速规律具有高阶连续导数,可以实现平滑的运动。但是由于三角函数的计算复杂,对数控系统的CPU运算和处理数据能力要求较高,难以适应数控系统实时性的要求。为此,可以事先对其进行预处理[3],将其作为样板以数表的形式存放于内存,通过查表的方式就可以实现。3区域连续短轨迹代码加减速处理算法3.1区域连续短轨迹代码加减速处理算法原理CAD/CAM技术的发展和加工精度要求的不断提高,对数控系统提出了新的要求。NC代码的容量要求越来越大,而每段代码所完成的刀具运动距离越来越短。尽管余弦加减速控制具有很好的柔性,但是频繁的计算三角函数加减速的控制参数,占用CPU的运算时间,进而影响数控机床的加工效率。为了达到对海量短运动轨迹的加工要求,本文提出一种称之为区域代码处理的新方法。基本思路是把多段连续的短轨迹代码用一段整体的区域轨迹代码来实现加减速控制,通过对多段短轨迹代码的整体应用余弦曲线加减速处理可以实现真正的三角函数控制。其处理原理如下。根据图2所示,假设找出区域拐点(如图A、B、C、D、E)。由于本文提到的加减速控制是插补前加减速控制。所以在加减速控制之前要做好插补前预处理,通过初始化,求出目前的进给速度VM。以VM按余弦曲线规律先加速到最大允许速度VMAX后减速到VE所需距离S为范围向后搜索速度拐点,如果没找到拐点就以目前的速度进给,继续向后搜索拐点;如果找到拐点(如图2的B点(30MM/S)),则先判断是否有足够的距离从VM减速到B点所允许的速度;如果有,则继续向下搜索拐点;如果没有,就把当前拐点允许速度作为目前的进给速度继续向下搜索速度拐点。把搜索的速度最低点作为该区域的拐点,以这个拐点速度按完整的余弦曲线加减速控制规律反向计算到当前进给速度的距离所要求的速度,再与当前速度比较,取较小速度为当前进给速度做整体的余弦加减速控制。3.2区域速度拐点判断区域整体加减速控制算法的关键是找出区域速度变化点即区域速度拐点。当速度经历了由升速到减速或者由减速到升速的凹点就是区域速度拐点。这里以平面(X轴和Y轴)两轴联动为例,提出一种简单的判断方法。首先要说明,这里提到的速度拐点是相对单轴来说的,只要有一条轴的运动方向发生了变化(反向),就认为是速度拐点。在这点速度要减低,以达到平滑过渡的光滑效果。假设有A、B两段轨迹代码,以两段代码的交点为坐标原点建立局部直角坐标系(如图3所示)。然后,计算出A代码起点和B代码终点的相对坐标值,判断该坐标在局部坐标系中的正负符号来判断A、B交点是否拐点。假设A代码起点坐标在第三象限,当B代码终点在第一象限时(如图3的B所示),即从A代码运动到B代码没有65机电工程技术2009年第38卷第01期机电工程技术年第卷第期图4短轨迹代码区域加减速处理流程图数控技术任何一条轴发生反向运动,此时A、B交点不是拐点;若B代码终点落在局部坐标系的其它象限(如图3中的B'和B″),则A段到B段的运动过程中至少有一个轴发生或两(第三象限)个轴同时发生反向运动,因此认为B的终点在这些象限时A、B段代码的交点是拐点。3.3短轨迹代码区域加减速处理流程短轨迹代码的加减速区域处理原理流程图如图4所示。由图4可看出,区域短轨迹代码处理关键在于找出区域速度拐点。区域速度拐点就是速度变化点,以拐点为起点反向按余弦曲线加速计算当前的进给速度[5],实现多段短轨迹代码整体按余弦曲线加减速控制。这就很好地解决了海量短轨迹代码加减速控制的不足。同时,在处理区域代码整体用余弦曲线控制规律时还要注意在区域代码段处理中进给档位的变化,则需考虑以下三种情况1)刀具当前运动轨迹处于区域整体余弦加速区域,不做区域整体余弦加减速控制,需重新计算;2)刀具当前运动轨迹处于区域整体余弦减速区域,不做区域整体余弦加减速控制,需重新计算;3)刀具当前运动轨迹处于区域整体余弦减速处于稳速区域,则以当前位置和当前线段终点重新构造为当前线段,并重新构造新区域。4结语本文针对中、高档数控系统运动控制中遇到的问题,提出了余弦曲线加减速控制算法,并对过多短轨迹NC代码进行单独的按余弦曲线规律加减速控制中存在的缺陷提出了新的解决控制算法。本文提出的余弦加减速控制算法和区域短轨迹代码处理算法已在基于高速浮点32位DSP运动控制器中通过实验验证,解决了过多短轨迹代码单独按余弦曲线规律控制带来的问题,达到了海量NC短轨迹代码加工中高速运动控制平稳无冲击的要求,提高加工效率。参考文献[1]W.Q.GAO,Q.S.YAN,J.LIANG,ETAL.STUDIESONNCMACHININGFORCYLINDRICALCAMS[J].KEYENGINEERINGMATERIAL,2005,291-292489-494.[2]张莉彦.基于数据采样插补的加减速控制的研究[J].北京化工大学学报(自然科学版),2002,29(3)91-93.[3]黄艳,李家霁,于东,等.CNC系统S型曲线加减速算法的设计与实现[J].制造技术与机床,2005(03)56-59.[4]郭新贵,李从心.一种新型柔性加减速算法[J].上海交通大学学报,2003,37(02)205-207.[5]林一松,汤兆红,区锐相,等.一种S形曲线加减速计算方法[J].制造技术与机床,2005(11)74-75.[6]许良元.数控加工中加减速控制曲线的研究[J].机械工程师,2006(09)65-67.[7]许良元,桂贵生,彭丹丹.加速度连续可变的加减速控制规律研究[J].组合机床与自动化加工技术,2005(03)12-13.第一作者简介张碧陶,男,1984年生,广东人,硕士研究生。研究领域五轴联动数控算法。编辑梁玉66115ABSTRACTSTHEACCURACYOFCNCMACHININGANIMPORTANTLINKGSK980TASANEXAMPLE,THISPAPERINTRODUCESTHENCMACHINETOOLSREVERSETHEMACHINERYSPACEOFTWOWAYS,ANDGIVESCONCRETESTEPSTESTPROCEDURESWHICHCUTDETERMINATIONREVERSECLEARANCEMETHODS,REASONABLEWAY,THEREALDETERMINATIONOFRELIABLEDATAONOTHERTYPESOFECONOMICCNCMACHINETOOLS,BUTALSOPROMOTESTHEROLEOFREFERENCENUMERICALCONTROLMACHINE;REVERSEMACHINERYSPACE;DETERMINATION;COMPENSATIONTHEMOTIONCONTROLOFACCELERATION/DECELERATIONISONEOFTHENUMERICALSYSTEMSKEYTECHNOLOGIESSOITISVERYIMPORTANTTOSTUDYTHEMOTIONCONTROLOFACCELERATION/DECELERATIONTHISPAPERINTRODUCESAKINDOFACCELERATION/DECELERATIONALGORITHMOFNUMERICALSYSTEMCONTROLLINGTOOLSMOTIONPATHSTHISALGORITHMISCALLEDCOSINECURVEACCELERATION/DECELERATIONCONTROLPAPERALSOEXPOUNDSTHEDEFECTOFCOSINECURVEACCELERATION/DECELERATIONCONTROLUSEDINMANYSHORTNCCODESTHATCONTROLLEDONEBYONEINORDERTORESOLVETHEQUESTIONOFMANYSHORTPATHCODESACCELERATION/DECELERATIONCONTROLLEDONEBYONE,THISPAPERPROPOSESSUCCESSIVESTATIONNCCODESUSINGCOSINECURVEACCELERATION/DECELERATIONALGORITHMINSTEADOFCONTROLLINGONENCCODEONLYWITHCOSINECURVEACCELERATION/DECELERATIONCONTROLALGORITHMTHISWAYCANMEETTHEPROCESSINGREQUIREMENTANDRESOLETHEDEFECTOFMANYSHORTPATHCODESBUTTOCONTROLONENCCODEWITHCOSINECURVEACCELERATION/DECELERATIONCONTROLALGORITHM,ANDIMPROVETHEEFFICIENCYANDQUALITYOFPROCESSINGMOTIONCONTROL;LOOKAHEAD;NCINTERPOLATION;STATIONINFLEXIONINORDERTODETECTROTORFAULTSOFINVERTERFEDASYNCHRONOUSMACHINEATEARLIERSTAGE,THESIMULATIONOFDTCINVERTERFEDDRIVESYSTEMWITHROTORASYMMETRIESISESTABLISHEDTHECOMPLEXITYANDSPECIALTYOFMEASURINGTHESTATORCURRENTFORTHEDTCINVERTERFEDMOTORWITHROTORFAULTAREINVESTIGATEDFURTHERMORE,THEONLINEFAULTDETECTIONFORTHEINVERTERFEDASYNCHRONOUSMACHINEWITHROTORFAULTSAREREALIZED,BYUSINGCONTINUOUSSUBDIVISIONFOURIERTRANSFORMANDSELFADAPTIVEFILTERTECHNIQUESINVERTER;ASYNCHRONOUSMOTOR;BROKENROTORBARFAULT;SIMULATION;FAULTDETECTIONAMANUFACTURINGSYSTEMMODELINGMETHODBASEDONIPDIPRINCIPLEANDMULTIAGENTSYSTEMMASISPROPOSEDINTHISPAPERBYANALYZINGTHETHEORYOFIPDIPRINCIPLEANDMAS,THEMODELSTRUCTUREOFEACHAGENTISDESIGNEDFORTHEMANUFACTURINGSYSTEM,WHICHCANFINISHTHEWHOLEPROCESSFROMORDERTOMANUFACTURINGAUTOMATICALLYMASMULTIAGENTSYSTEM;IPDIPRINCIPLE;MANUFACTURINGSYSTEMMODELINGBASEDONTHEPREVIOUSLYDESIGNEDGREENPOWERLESSSHIP,THEDYNAMICBOARDCROSSSECTIONWASMODIFIEDAFTERTHAT,ATTHEHYPOTHETICALCONDITIONOFTHEVELOCITYOFWATERFLOWIS5M/S,WESIMULATEDTHEFLOWOFTHEPROCESSONWHICHTHEBOATTRAFFICAT15M/SALLRATESINANUMERICALWAYTHECOMPARISONBETWEENPROTOTYPEANDMODIFIEDTYPEOFTHEAIRFOILSHOWEDTHATTHEMODIFICATIONINCREASEDTHEBENDINGOFTHEAIRFOILANDIMPROVEDTHEFACEOFPRESSUREREMARKABLYASARESULT,THELIFTCOEFFICIENTANDTHECORRESPONDINGCOMBINATIONOFRESISTANCEANDLIFTCOEFFICIENTWERESIGNIFICANTLYINCREASED,ANDTHEPERFORMANCEOFTHESHIPWASIMPROVEDPOWERLESSBOAT;AIRFOIL;LIFTCOEFFICIENT;COMBINATIONOFRESISTANCEANDLIFTCOEFFICIENTTHEINTEGRATEDMAGNETICTECHNOLOGYISVERYIMPORTANTINTHEVOLTAGEREGULATEMODULEBASEDONTHEGYRATORRECAPMODEL,DEVELOPEDTHEPSPICESIMULATINGMODELOFORIGINALANDIMPROVEDINTEGRATEDMAGNETICUSINGINTHECURRENTDOUBLERRECTIFIERTHESIMULATIONRESULTSPROVEDTHEADVANTAGEOFTHEIMPROVEDINTEGRATEDMAGNETICCURRENTDOUBLERRECTIFIER;INTEGRATEDMAGNETIC;PSPICESIMULATIONAIMINGATTHEHYDRAULICGASPRESSUREAUXILIARYBRAKINGSYSTEMHIGHCOSTANDTHEELECTRONVACUUMBOOSTEREVBSLOWRESPONSESPEED,THISPAPERDEVELOPEDASETOFMOTORDRIVENVEHICLEAUXILIARYBRAKINGEQUIPMENT,THISEQUIPMENTSMAJORFUNCTIONISWHENDANGERAPPEARS,THEACTUATIONMODULEACTUATEMOTORWORK,DRAWINGTHEBRAKEPEDAL,THUSREPLACESTHEDRIVERMOVEMENTTOCOMPLETETHEEXPECTATIONOFTHEBRAKEPROCESS,REDUCESTRAFFICACCIDENTOCCURRENCESAFEDRIVING;MOTORDRIVEN;AUXILIARYBRAKINGMICROSTRUCTURE,MECHANICALPROPERTIESANDTHEIRFORMATIONINTHESLOWSHOTA356T6DIECASTINGHAVEBEENKEYWORDSZHANGBITAO,GAOWEIQIANG,SHENLIE,YANQIUSHENG,SONGYUEABSTRACTKEYWORDSYANGFU,XUBOQIANG,YANGGUILANABSTRACTKEYWORDSWUCHANGSHENG,YAOXIFAN,CHENWEIXIONG,ZHANGQINGABSTRACTKEYWORDSZENGKUI,XIEXIAOPENG,GURONGBIAO,ZHANGYONGDONGABSTRACTKEYWORDSYUCHUNLONGABSTRACTKEYWORDSLIYI,CHENZUOBINGABSTRACTKEYWORDSLIUTAIQUAN,BAIYANFEIABSTRACT11211090109010901090109010901090164THESTUDYOFCNCREGIONALSHORTTRACKCODEFORACCELERATIONANDDECELERATIONPROCESSINGALGORITHM67SIMULATIONANDANALYSISOFINVERTERFEDASYNCHRONOUSMACHINEWITHBROKENROTORBARFAULT7075THEDESIGNANDPARAMETERSOPTIMIZEOFGREENPOWERLESSBOAT78PSPICESIMULATIONOFINTEGRATEDMAGNETICINCURRENTDOUBLERRECTIFIER82THEDEVELOPMENTOFTHEMOTORDRIVENVEHICLEAUXILIARYBRAKINGEQUIPMENT84ANALYSISOFMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFTHESLOWSHOTDIECASTINGBYNUMERICALSIMULATIONRESEARCHONMANUFACTURINGSYSTEMMODELINGBASEDONIPDIPRINCIPLEANDMULTIAGENTS1GUANGDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,GUANGZHOU510006,CHINA;2GUANGZHOULOKSHUNCNCEQUIPMENTLTD,GUANGZHOU510385,CHINASCHOOLOFELECTRICALELECTRONICENGINEERING,NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY,BAODING071003,CHINASOUTHCHINAUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,GUANGZHOU510640,CHINAAUTOMOBILETRIBOLOGYANDFAULTDIAGNOSISINSTITUTE,SOUTHCHINAUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,GUANGZHOU510640,CHINASHANGHAIMAGLEVTRANSPORTATIONDEVELOPMENTCO,LTD,SHANGHAI201204,CHINAWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,WUHAN430070,CHINASOUTHCHINAUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,GUANGZHOU510640,CHINA
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