数控系统中操作设备的速度规划方法、装置及数控机床的制作方法.docx

数控系统中操作设备的速度规划方法、装置及数控机床的制作方法专利名称：数控系统中操作设备的速度规划方法、装置及数控机床的制作方法技术领域：本发明涉及自动化控制领域，具体涉及数控系统中操作设备的速度规划方法、装置及数控机床背景技术：在自动化控制领域中，数控机床、工业机器人等设备的数控系统中均会涉及到速度规划的环节，以保证机床、工业机器人等设备高效、平稳的工作数控系统通常采用T型曲线速度规划和S型曲线速度规划对系统进行加减速控制，T型曲线速度规划虽然计算量小，编程简单，但是在加减速阶段存在加速度突变的现象， 导致机床产生剧烈振动，不适合于数控机床的高速加工S型曲线速度规划是一种比较好的规划方式，能够尽可能的满足运动高效性和平稳性的要求，但是对于起点速度和终点速度不为0的S型曲线速度规划，如果要考虑到每一个插补周期的位置准确性和速度平稳性，计算非常复杂，常用的S型曲线速度规划通过限制加加速度(即加速度的导数)来控制加速度的突变现象常用的S曲线加减速控制方法利用多项式表示法将整个速度规划分为7个阶段， 其中7阶段论S曲线速度规划的7个阶段如图1所示，tl、t2、t3、t4、t5、t6和t7分别为加加速阶段、勻加速阶段、减加速阶段、勻速阶段、加减速阶段、勻减速阶段和减减速阶段， 在所要规划的设定路径长度足够长的情况下，只要按照上述7个阶段在设定路径长度内达到了用户要求的速度即可，然而如果实际加工路径很小(几毫米)，就有可能7个阶段中的某个或某几个阶段不存在，例如勻速阶段或者加、减速阶段不存在，这种情况下数控系统中的操作设备便容易出现速度突变以至于设备抖动的现象，那么在这种情况下，现有技术中的采用的方法是首先对设定路径进行判断，计算整个规划过程中含有哪几个有效阶段，然后再按照相应的阶段配置，根据不同的数学模型计算整个加减速过程的相关参数，而这种方法最终得到的是高次方程组，如果要进行精确的计算则需要解带根号的3次方程组，使得整个规划过程的计算量变得巨大，规划过程复杂，并且很难达到各个阶段的路径长度满足插补周期的整数倍的要求，会出现速度跳变的问题。

发明内容针对上述问题，本发明提供了一种数控系统中操作设备的速度规划方法及装置， 所述方法包括步骤A 获取由操作设备的当前指定速度ν确定的当前加速路径与减速路径长度之和S和实际加工路径长度L ；步骤B 判断所述实际加工路径长度L是否小于所述当前加速路径与所述减速路径的长度之和S ；如果是，则减小当前指定速度ν并执行步骤C ；如果否，则增大当前指定速度ν并执行步骤C步骤C 判断步骤B的执行次数是否满足设定值，如果否，则执行步骤B ；如果是，则保存当前指定速度ν为操作设备在实际加工路径中的最佳速度进一步地，在步骤A 获取由操作设备的当前指定速度ν确定的当前加速路径与减速路径长度之和S和实际加工路径长度L之后，还包括步骤Bl 判断所述实际加工路径长度L是否小于所述当前加速路径与减速路径的长度之和S ；如果是，则减小当前指定速度V并执行所述步骤B ；如果否，则保存当前指定速度ν作为操作设备在实际加工路径中的最佳速度进一步地，在步骤A 获取由操作设备的当前指定速度ν确定的当前加速路径与减速路径长度之和S和实际加工路径长度L之后，还包括步骤B2 判断所述实际加工路径长度L是否小于所述当前加速路径与减速路径的长度之和S ；如果是，则减小当前指定速度ν并执行所述步骤B ；如果否，则执行步骤D ；步骤D 判断所述当前加速路径与减速路径长度之和S是否大于实际加工路径长度L的N倍，其中0 具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围实施例一、本发明实施例提供的数控系统中操作设备的速度规划方法，包括步骤A 获取由操作设备的当前指定速度ν确定的当前加速路径与减速路径长度之和S和实际加工路径长度L ；本发明中所述的操作设备是数控系统中硬件执行单元，包括数控切割刀头、数控激光焊接头、数控运行平台、机器人手臂等能够通过软件程序控制的部件，数控系统在进行速度规划之初，当前指定速度即为初始的指定速度，该初始的指定速度可以是经过技术人员预估所得到的速度值，也可以是数控系统中保留的系统默认速度值，甚至可以是数控系统中在规定的范围内随机产生的一个速度值，设定该指定速度的目的在于速度规划之初对指定速度的初始化，后续会根据执行步骤中的判断条件对该初始的指定速度进行调整，对当前指定速度不断的进行修正，使其无限接近于实际的最佳速度速度规划可以理解为控制操作设备在指定的时间内达到指定的速度，所述当前加速路径与减速路径长度之和S是由当前指定速度ν来确定的，数控系统在对实际加工路径进行速度规划时，操作设备在实际加工路径的始点的速度Vtl是已知的，即操作设备完成上一路径时的终点速度是已知的，而操作设备到达本实际加工路径的终点的速度是预知的，即操作设备到达本实际加工路径的终点的速度是根据加工要求所确定的速度，因此该终点的速度也作为已知量，而且，此时的当前指定速度假定为速度规划的最佳速度值，即将当前指定速度值作为7段或5段S型曲线速度规划过程中的最大速度值，这样便可以通过实际加工路径的始点速度、终点速度及当前指定速度得到当前加速路径和减速路径长度之和S。

实际加工路径长度L是根据用户所加工的产品的形状、尺寸所决定的长度值，或者根据用户所要求的运行路径的长度值决定的，属于本规划过程中的已知量步骤B 判断所述实际加工路径长度L是否小于所述加速路径与所述减速路径的长度之和S ；如果是，则减小当前指定速度ν并执行步骤C ；如果否，则增大当前指定速度ν 并执行步骤C本步骤中将实际加工路径长度L与所述当前加速路径与减速路径的长度之和S作出比较，由于所述当前加速路径与减速路径的长度之和S是由当前指定速度ν确定的，因此，如果所述当前加速路径与减速路径的长度之和S大于了实际加工路径长度L，则说明当前指定速度ν所赋的值偏大，需要对当前指定速度ν进行减小调整，对于减小当前指定速度 V的方式可以是等比方式递减，例如在程式控制上表现为ν = V-(CXV)，其中c为0 1之间的常量；如V = V-0. 5ν、ν = V-O. 2v或者ν = V-O. 8v，减小当前指定速度ν的方式也可以是等差方式递减，例如在程式控制上表现为ν = v-C，其中C为0 ν之间的一常量，可以理解的是，等比方式或者等差方式的递减方式只是本实施例中两种实施方式而已，对于减小当前指定速度ν的方式还可以存在其他的递减方式，包括无规律递减，随机递减等均应包含在本发明的保护范围内。

对于增大当前指定速度ν的方式的原理与上述减小当前指定速度ν的方式相同， 即对于增大当前指定速度V的方式可以是等比方式递增，例如在程式控制上表现为V = ν+(c Χν)，其中c为0 1之间的常量；如ν = ν+0. 5ν、ν = v+0. 2v或者ν = ν+0. 8ν，增大当前指定速度ν的方式也可以是等差方式递增，例如在程式控制上表现为ν = v+C，其中 C为0 ν之间的一常量，可以理解的是，等比方式或者等差方式的递增方式只是本实施例中两种实施方式而已，对于增大当前指定速度ν的方式还可以存在其他的递增方式，包括无规律递增，随机递增等均应包含在本发明的保护范围内在本发明实施中，当前指定速度ν的递减比例与递增比例相同，例如递减程式选择ν = v-0. 2ν，那么递增程式也相应的选择为ν = ν+0. 2ν，这样可以保证经过规划得到的最佳速度更加准确当然，在实际应用的过程中，当前指定速度ν的递减比例与递增比例可以存在不同，因此，当前指定速度ν的递减比例是否与递增比例相同不应理解为对本发明保护范围的限制步骤C 判断步骤B的执行次数是否满足设定值，如果否，则执行步骤B ；如果是， 则保存当前指定速度ν为操作设备在实际加工路径中的最佳速度。

本步骤中步骤B的执行次数即为步骤B中判断所述实际加工路径长度L是否小于所述加速路径与所述减速路径的长度之和S的判断次数，通过每次的判断结果对当前指定速度ν进行调整，选择增大当前指定速度或减小当前指定速度，使得当前指定速度ν无限的接近实际中的最佳速度，可以理解的是，步骤B的执行次数越多，系统规划得到的当前指定速度ν越接近实际的最佳速度，而从数控系统的规划效率考虑，在保证满足高精度要求的条件下，可以设置设定值为20次，如果设定值大于20次，那么数控系统的规划时间会相应增大，影响到整个数控系统的工作效率，因此本发明中所述设定值的范围为5次 20次数控系统中在规划过程中，当当前指定速度ν满足S型曲线速度规划的7段要求或5段要求时，便将当前指定速度ν作为整个实际加工路径中的最佳速度予以保存为了保证通过规划得到的当前指定速度ν作为整个实际加工路径中的最佳速度予以保存时，该当前指定速度ν不超过操作设备的上限速度，本发明实施例提供的数控系统中操作设备的速度规划方法在判断步骤B的执行次数满足设定值后，还包括判断当前指定速度ν是否超出操作设备的上限速度，如果超出，则保存所述操作设备的上限速度作为操作设备在实际加工路径中的最佳速度；如果未超出，则保存当前指定速度ν作为操作设备在实际加工路径中的最佳速度。

为了保证整个规划过程在典型的7段或5段S型曲线速度规划的每个阶段的路径长度均为插补周期的整数倍，本发明实施例保存当前指定速度ν为操作设备在实际加工路径中的最佳速度后，还包括将实际路径长度L减去所述当前加速路径长度与减速路径长度之和S的差值作为勻速路径长度在保存当前指定速度ν为操作设备在实际加工路径中的最佳速度后，还包括对所述操作设备在运行过程中的勻加速度a和/或变加速度j进行调整，使得所述操作设备的运行路径满足插补周期整数倍的要求如图2所示是本发明是实施例中数控系统中操作设备的速度规划方法的具体流程图下面结合图2对本发明实施例提供的数控系统中操作设备的速度规划方法做出具体介绍101 获取由操作设备的当前指定速度ν确定的当前加速路径与减速路径长度之和S和实际加工路径长度L ；本发明实施例中操作设备在系统规划之初的当前指定速度ν是由系统随机产生的一个速度值102 判断所述实际加工路径长度L是否小于所述当前加速路径与减速路径的长度之和S ；当所述实际加工路径长度L小于所述当前加速路径与减速路径长度之和S时，执行103:减小当前指定速度ν当所述实际加工路径长度L不小于所述当前加速路径与减速路径长度之和S时， 执行104:增加当前指定速度ν。

每次执行完103 减小当前指定速度ν或104 增加当前指定速度ν之后，执行105 判断步骤B的执行次数是否满足设定值；显而易见地，本实施例中判断步骤B的执行次数即为判断步骤102的执行次数，根据所述路径的比较结果，对每一次对当前指定速度的不断修正，如果步骤102的执行次数尚未满足设定值，那么说明所得到的当前指定速度ν未达到精度要求，因此需要将该当前指定速度ν返回到步骤102，将该当前指定速度ν确定的当前加速路径与减速路径长度之和S与所述实际加工路径长度L进行比较；如果步骤102的执行次数满足设定值，那么说明得到的当前指定速度ν已经满足了在实际加工路径中将加工效率最大化的要求，而在实际操作的过程中，如果实际加工路径的长度比较大，可能会导致增大当前指定速度ν的过程中，当前指定速度ν的值超出操作设备的上限速度，该操作设备的上限速度是由操作设备本身的设计而决定的恒定值，如果操作设备在大于此上限速度的情况下工作，会对操作设备带来不利影响，如操作设备抖动严重、精度下降等等，因此作为本发明实施例的一种改进方式，在执行105的次数满足设定值后，即判断步骤B的执行次数满足设定值后，此时便执行步骤106:判断当前指定速度ν是否超出操作设备的上限速度；如果超出，则执行108 保存操作设备的最大上限速度作为操作设备在实际加工路。