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《兰州交通大学》 2015年
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数控系统的加减速控制及在高速加工中的应用

赵翔宇  
【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。
【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

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