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黄河科技学院毕业设计(论文)文献翻译 第 9 页 科学指南摘要：通过一个特别的算法实时控制,其值可以得到高效计算。最佳进给速度可以引入实时插补,这样可以用解析路径描述的结果驱动直接机器。该实验结果从一个执行的,时间最优进给速度对一个3轴数控磨床驱动下一个开放式控制器软件介绍得到, 该算法是一种显着的改善，较拟议中 Timar的SD ，法鲁克的RT ，史密斯日的TS ，博亚杰夫的CL。算法的时间最优控制数控机床沿着弯曲的刀具轨迹。机器人计算机集成制造2005 ; 21:37-53 ，因为增加了电机电压的限制，排除了，擅自将高速沿直线或接近直线路径片段改动的可能性。(2006年Elsevier公司有限公司保留所有权利)关键词： 3轴加工；进给速度的功能；加速度限制；时间最优路径遍历；开关式控制；实时控制1简介在机器人及数控加工领域,先前的研究仅关注通过一个由已知的动态和指定的范围内对动机力的能力描述的路径的最小时间。解决这类问题的方案的特点是招致“实时控制”，其中的输出至少有一个机系统在整个路径遍历的每一个瞬间是饱和。这些研究通常假设励磁机恒定和对称力极限（独立速度和方向驱动），并普遍没有涉及速度极限超过励磁机最大动力的问题。 固定场直流电动机在大部分定位和轮廓应用在机器人和数控机械上是常见的 。由于其输出力矩成正比于电枢电流，恒转矩对称限额反映电动机电枢绕组最大电流容量。恒转矩输出是通过不断地变电枢电压保持的,而电枢电压与“反电动势” （成正比，马达转速）或控制电枢电流供应有关。除了电枢电流限制，应用电枢电压可能会受到电机特性或电枢输入电流限制。这类电压限制限于电动机在有限的速度范围内最大输出扭矩的能力。超出这个范围，最高应用电枢电压,而不是电枢电流,是限制电动机的扭矩输出的因素，从而产生一个速度依赖性的随电机速度增大扭矩线性减小的最大转矩。 在3轴加工中，一个轴驱动马达最大电流容量在低主轴速度上施加恒定加速度上限和最高电压能力在较高轴速度上施加了速度依赖性加速度限制。电机从限制电流到限制电压的转变发生在过度速度。当速度低于过渡的速度时，最高轴加速度保持恒定,当速度大于过渡速度时，最高轴加速度和该轴速度线性地减小，在无负载速度轴上下降为0。 要保证时间最优路径符合动作电流与电压的限制，每台机器主轴的两个常数和调速供养加速度范围都有特定的算法。本文概括的一个先前的研究结果,该研究结果采用常数加速的界限（假设发生在任意高速情况下包含扩展线性段落的任意路径），并采用了新算法计算笛卡尔数控机床实时最优进给速度,且机床主轴驱动电动机受电流与电压的限制。速度依赖性加速度界制有显着的表现,包括多方面的改变,如可行的进给速度和进给加速度的组合(,) ; 曲线极限速度性质的限制（VLC）;不同类型的可能过度点和平面轨迹段落的进给速度极限进给功能的形式。不过，假如有计算出某些根源多项式方程的能力,对于具有独立驱动轴系的笛卡尔数控机床，有可能得到一个基本的时间- 最佳进给速度方法。 我们首先回顾第2条直流电动机运行与第3节轴加速度范围内.我们在第4条中介绍常数和速度依赖性轴加速度限制下通过曲线路径的最小时间，我们得出常数和速度依赖性极值加速度轨迹进给速度表达式。进给加速度范围， 曲线速度范围和进给速度间断点，随后在第5-7 条分别介绍。第8条中讨论进给速度计算，第9条中讨论实时数控跨插补算法,第10条进给速度计算和机器执行结果的几个例子。最后，第11条总结我们的研究结果，并提出一些结论性的总结。2直流电动机转矩极限 作为认识笛卡尔数控机械轴加速度范围本质的背景，我们首先简要概述了固定场直流电动机,通常用于驱动小型至中型铣床。控制固定电动机运作的方程是;,也就是说，假如电动机输出力矩成正比于电枢电流 ， 及“反电势 成正比于电动机角速度，应用电枢电压等于反电动势和通过电枢电阻的电压降之和,比例系数和，被称为转矩常数和反电势常数，是给定电机的内在性质。从这些表述中，可以很容易推导出电机转矩与转速关系 (1) 时得到的是颠覆转矩，=时得到的是无负载速度，因此电机转矩随电机速度增加线性地减小，即从=时的到=时的。 在电机启动和低速时，反电势E和外加电压V相比很小，使用电流约束装置来限制电流I 以接近或达到最大值，从而防止损坏电枢绕组。因此， 电机转矩输出在整个低速范围内保持恒定在=。 随着电动机速度的加快，应用电枢电压最终达到电机最大或电源供应器额定电压Vlim 。这一情况发生在转过度速度，由下面的公式界定： （2）对于速度大，电枢电压（而不是电枢电流）是电机转矩输出的限制因素。在电压范围内，转矩随电机转速增大线性减小，下降至零，时得到无负载速度。图 1 电机扭矩和转速关系图图1 左：最大电流与电压限制施加常数和速度依赖性转矩限制，分别形成四个片面平行四边形（阴影部分）的可行电机转矩/高速值。右：由电机驱动数控机床主轴，将不超过无负载电机调速，该可行的转矩/速度值区域是截断的，形成六面的平行四边形。图1描述的是电流与电压对电动机的限制，在（，）平面坐标图中是正向和反向电机速度。该约束定义两个平行带，其交汇点形成了一个平行四边形确定 了直流电动机运行可行的范围。所有可能的电动机扭矩和速度组合，与给定电枢电流和电压的限制，均属于本平行四边形。 在每个方向（-和+）延长超无负载速度部的平行四边形部分适用与电动机的再生制动，这意味着应用一个外部转矩。既然数控机械驱动电机没有这样的转矩，各种可行的速度/转矩情况减少了，因而无负载速度为最高电机转速， 如六个片面的平行四边形所示图。 该六面平行四边形定义了三个鲜明的直流电机调速范围，每一个均具有最低和最大转矩限制，即： , , , 3 轴加速度极限 在高速加工中惯性力可能是主宰切削力，摩擦等，特别是经过高曲率路径的工具。因为轴的惯性,轴的速度和加速度是分别和电机速度和电机转矩成比例。如果考虑轴的有效质量和驱动电机通过滚珠螺杆的模数（即线性轴速度和电机的角速度的关系:）,轴加速度和电机转矩的关系是需要指出的是进给速度可能被认为是一个向量幅度且方向由单位路径的切线给出，我们得到和电机旋转速度.进而先前得到的转矩范围和X轴加速度范围相一致 , , (3) , 公式中,是轴系的过渡速度,是轴无负载速度，我们定义 .由于速度依赖性加速度的限制，轴的速度 始终保持在区间,内。 在轴速度范围 ，最小和最大轴加速度的极值都是固定的， 因此，这被称为是X轴的常值限制区。对轴速度范围和来说，其中一个加速度范围固定那么另一个就是依赖速度，这被称为X轴混合限制区。 在常数限制区，加速度范围可以用表示， 。对于混合限制区，加速范围，可用下面的形式表示 , 在公式中, , 时, ,时。相似的情况适用于Y轴和Z轴.表 1. 3轴数控机床加速度组合轴abc组合1常数常数常数组合2混合常数常数组合3混合混合常数组合4混合混合混合上表为3轴数控机床四个可能的加速度极限组合的情况。表中a,b,c表示任意设备的X,Y,Z轴 在路径遍历中，每个轴运动均在其加速度限制范围内,且独立于其他，每一个都可能按照刀具轨迹几何形状和进给速度变化在加速范围内转换。因此，在X轴 ,Y轴,Z轴之间有四可能的加速度组合（见表1 ）。对一个平面曲线，涉及的运动只有两个机轴，有三个可能的组合：即恒/恒，恒/混合，混合/混合。每一个加速度组合都有一个具体的分析来计算出时间最优进个速度。所有轴加速度都是常数的情况在我们先前的研究中涵盖了 ，但涉及一个或更多的轴是混合加速度的情况以前还没有得到解决。4时间最优进给考虑一阶曲线描述的路径， （4）其中控制点，若S 点的正切长度测量沿着该曲线，我们定义参数速度为.单位切线和（主要）正向的向量以及曲率（ 4 ）的定义是由 ， ， （5）与此相反，对于 ，我们可写，. （6）现在假设我们由函数定义的进给速度穿越曲线 ，由于衍生反映给时间与界限，我们通过小圆点并且各自主要关系由下式表示在每个点的速度和加速度向量由下面的式子给出， （7）如果速度为常数，那么组成的切线趋近于0，同时，如果正切也趋近于0.进给速度的倒数（进给加速度）以的形式给出.我们希望尽量减少沿 曲线起始和结束休息的遍历时间，它受加速度极限公式（3）和类似的表述为其它机轴。这些要求的分组符合下列优化问题： （8）也就是 ，在这里，分别和笛卡尔加速度系统的相关联。正如在第三部分提到的轴加速度极限，是这种形式，或者，.4.1恒定加速度轨迹从关系（5）,(7),和 我们可以写.对于给定曲线X轴的加速度组成a是由下面的公式定义的 （9）这里我们写作，因为与进给速度的平方成比例是很方便的。 在常数加速度极限下一个极值加速度相位，其中一个组成部分是加速度等于加上或减去相应的约束， 该条件是由的线性微分方程产生的。 如果X是极限加速轴，这个等式就是进给速度的一个近似的解，即 （10） 而合并的常数C取决于轨迹上一个具体的已知点（）。（10）的近一步详细解决方法可发现在后面的文献中找到 。4.2速度依赖性加速度轨迹 在上述描述的情况下，受速度依赖性加速度约束的X 轴在