数控系统速度前瞻控制算法及其实现

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1、南京航空航天大学博士学位论文数控系统速度前瞻控制算法及其实现姓名：王海涛申请学位级别：博士专业：机械工程(微机电系统及微细制造)指导教师：赵东标2011-05南京航空航天大学博士学位论文摘要数控技术作为支持现代装备制造业的关键性技术，对航空航天、汽车、轮船等制造业的发展起着重要作用，对制造装备的功能和性能起决定性作用。数控加工中加工路径的尖锐拐角及高曲率容易引起过切、机床震动和数据饥饿等现象，严重影响加工质量和加工速度。本课题提出的数控加工速度前瞻控制算法能够自动分析加工路径，发现并处理路径危险点，对速度轨迹提前规划，实现速度的

2、平滑过渡，防止过切等现象，能有效保证较高的加工效率及加工精度。本文在江苏省自然科学基金(招标)项目(No．BK2003005)、国家自然科学基金(No．5l005122)和航空基金(No．2008zE52049)的资助下，系统研究了前瞻控制中的加减速算法、连续微小线段的自适应前瞻控制策略、以及参数曲线的前瞻控制方法并且探讨了M『IlBS曲线的S型加减速前瞻控制策略。论文的主要工作如下：在前瞻控制算法的组成构架中，加减速算法作为研究的基础，本文首先建立了数控前瞻控制中的加减速算法的通用模型，系统分析了前瞻中加减速算法中位移、速度、

3、加速度等变化量，并且充分考虑了前瞻时速度轨迹和实际加工速度轨迹之间的误差，提出了一种实际加工中的速度误差修正方法，使实际加工速度严格按照前瞻时的轨迹进行，为以后研究各种曲线的前瞻控制奠定了基础。针对目前数控加工常用的将曲线离散成微小线段的加工方法，提出了一种针对连续微小线段的自适应前瞻控制方法。首先通过分析微小线段衔接处的速度约束条件，确定其衔接处的最优速度，并且根据实际加工路径曲率自适应的确定前瞻距离。通过优化控制策略，最大程度减少了迭代计算。针对参数曲线的加工特点，提出了一种参数曲线的前瞻控制算法。此算法根据参数曲线的曲率自

4、适应地调整插补速度，并且根据相邻插补点的速度差值分析加工路径上的速度敏感点，通过比较分析速度敏感点，在前瞻路径上对速度进行统一加减速规划，在满足机床加减速性能的同时，提高了加工表面质量和加工效率。在分析参数曲线前瞻控制的基础上，针对目前复杂曲面中常用的Ⅻ瓜Bs曲线，探讨了一种M瓜BS曲线的S型加减速前瞻控制策略。通过分析曲率上升和下降区域近似找出速度敏感点，并且针对M瓜BS曲线和S型加减速计算的复杂性，在频繁加减速的区域用更为简便的三角函数方法统一规划加减速，减少速度的频繁变化和系统的计算量，保证加工的实时性。实验结果表明，所提

5、出的数前瞻控制策略能够有效规划加减速路径，在满足机床性能的基础上，提高加工质量和加工效率。关键词：速度前瞻控制，加减速算法，参数曲线插补，NURBS曲线插补，S型加减速算法数控系统速度前瞻控制算法及其实现Abs仃actNuIn嘶calcontroltecIlnologyisthecriticaltechnologyofmodemequipm％tmarmf．actIl血giIlduS仃y'WIlichplays姐impon枷roleiIl删ation，衄—he，automobile锄dotllerprojectS．ndet豇miI

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