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CNC系统运动平滑处理与轮廓误差研究

孙建仁  
【摘要】:以CNC系统运动控制为对象,结合具体科研项目,对CNC系统的运动平滑处理与轮廓误差进行了系统研究,主要包括:CNC系统的运动平滑处理和柔性加减速策略研究;多轴运动轮廓误差模型研究;多轴运动轮廓误差补偿技术研究。提出了一种三角函数正弦平方曲线柔性加减速策略,构造了三角函数正弦平方曲线加减速的相关函数,给出了三角函数正弦平方曲线加减速控制的Jerk、加速度、速度、位移曲线的数学模型;建立了直线轮廓、不同曲率半径圆弧轮廓、一般曲线轮廓及多轴运动轮廓的误差模型;提出了一种多轴运动轮廓误差补偿方法。在此基础上,结合实例对上述方法的有效性和实用性进行验证。 (1)研究了CNC系统的运动平滑处理。首先对常用加减速控制策略作了分析,其次对四次位移曲线加减速策略和三角函数余弦加减速策略的原理和实现方法进行了详细叙述,最后对所述的几种加减速曲线进行了比较,指出各自的优缺点和存在问题。在此基础上,基于正弦函数具有无限次连续可导和柔性加减速算法函数构造原理,发现和提出了一种三角函数正弦平方曲线柔性加减速控制策略,构造了三角函数正弦平方曲线加减速相关函数,建立了三角函数正弦平方曲线加减速数学模型,分析了三角函数正弦平方曲线加减速算法的运动平滑性,结合运动平滑性实验,验证了该算法速度、加速度、加加速度(Jerk)的光滑连续性,解决了传统加减速控制的加加速度不连续问题,实现了CNC系统运动的平滑处理。 (2)研究了CNC系统多轴运动轮廓误差模型。在分析CNC多轴运动连续轨迹控制轮廓误差形成的基础上,研究了提高轮廓加工精度减小轮廓误差的方法,建立了直线轮廓、不同曲率半径圆弧轮廓及一般曲线轮廓误差模型,揭示了CNC系统轮廓误差形成机理。基于切线轮廓误差坐标理论,提出了优化切线轮廓误差估算方法,创建了自由曲线优化轮廓误差模型,分析了CNC多轴空间轮廓误差,为减小轮廓误差提供了理论依据。 (3)研究了CNC系统多轴运动轮廓误差补偿策略。分析了伺服系统动态特性对轮廓误差的影响,研究了多轴运动轮廓误差补偿方法,包括多轴运动轮廓控制器的设计和多轴运动轮廓控制器的集成两个部分,结合仿真实验对上述方法的有效性进行了验证。


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