三维运动平台控制系统的运动轨迹算法的设计与实现开题报告

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1、开题报告三维运动平台控制系统的运动轨迹算法的设计与实现一、选题的背景、意义随着高速加工技术的发展，对作为高速装备技术核心的运动控制也提出了更高的要求。为实现高速高精控制，要求控制系统具有运动控制指令高速生成以及高速传输能力。为此，国外FANUC、西门子等CNC采用高速RISC处理器及多处理器结构，以极小插补周期和极小步长进行运动计算，实现轨迹的高速精密控制。机床加工中，轨迹规划主要是对机床的速度进行规划。对于连续切削的数控机床，进给速度的控制意义重大。它不仅直接影响加工零件的粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命、生产效率密切相关。对于一个运动控制系统

2、，除了能够实现被控运动对象的精确定位之外，还必须实现控制被控运动对象以给定的速度沿着指定的路径运动，这就是轮廓控制。对于轮廓控制系统来说，最重要的功能是插补。插补技术是数控技术中的核心技术，它的好坏直接影响着数控加工技术的优劣，是目前数控急需提高和完善的环节之一。插补功能是机床数控系统中最重要的功能，如果没有插补，数控机床也就加工不出工件的轮廓形状来。所谓插补，就是数控装置依据编程时的有限数据，按照一定方法产生直线、圆弧等基本线型，并以此为基础完成所需要轮廓轨迹的拟合工作。数控系统中能完成“插补”功能的装置叫插补器。普通数控(硬件数控NC)系统中插补

3、器由数字电路组成，称为硬件插补，而在计算机数控(CNC)系统中，插补器功能由软件来实现，称为软件插补。插补的任务是根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值。由于每个中间点计算所需的时间直接影响系统的控制速度，而插补中间点坐标值的计算精度又影响到C冲C系统的控制精度，所以插补算法是整个CNC系统控制的核心。二、相关研究的最新成果及动态三维运动平台控制系统的运动轨迹算法的核心是能够实现被控运动对象的精确定位和实现控制被控运动对象以给定的速度沿着指定的路径运动。首先，控制电机所带负载在启动和停止阶段会分别出现加速和减速的过渡过程。

4、为了保证伺服系统运动平稳性，避免冲击和震荡、启动时不失步、停止时不超程，就必须对进给电机进行有效的加减速控制。以下内容研究了T曲线和S形曲线两种运动控制模式。插补运算是为了控制运动轨迹所必须的一种运算，它根据轨迹类型(直线、顺圆、逆圆)及所在的象限、平面等选择相应的插补运算公式，保证在一定精度范围内计算出一段直线或者圆弧一系列中间点的坐标，并逐次以增量坐标值的脉冲序列形式输出，使电机以一定速度移动，完成预定轨迹。以下内容对直线圆弧及椭圆轨迹进行了研究。1加减速控制加、减速控制是运动控制系统插补器的重要组成部分，是运动控制系统开发的关键技术之一。常见的

5、加、减速控制方式有直线加减速（T曲线加减速）、三角函数加减速、指数加减速、S曲线加减速等。其中，在运动控制器中应用最广泛的为直线加减速和S曲线加减速算法。（1）直线加减速（T曲线加减速）算法如图1所示，当前指令进给速度Vi+1大于前一指令进给速度Vi时，处于加速阶段。瞬时速度计算如下：Vi+1=Vi+aT式中，a为加速度；T为插补周期。此时系统以新的瞬时速度Vi+1进行插补计算，得到该周期的进给量，对各坐标轴进行分配。这是一个迭代过程，该过程一直进行到Vi为稳定速度为止。图1直线加速同理，处于减速阶段时：Vi+1=Vi-aT。此时系统以新的瞬时速度进

6、行插补计算，这个过程一直进行到新的稳定速度为零为止。这种算法的优点是算法简单，占用机时少，响应快，效率高。但其缺点也很明显，从图1中可以看出，在加减速阶段的起点A、C，终点B、D处加速度有突变，运动存在柔性冲击。另外，速度的过渡不够平滑，运动精度低。因此，这种加减速方法一般用于起停、进退刀等辅助运动中。（2）S曲线加减速算法S曲线加减速的称谓是由系统在加减速阶段的速度曲线形状呈S形而得来的，采用降速与升速对称的曲线来实现升降速控制。正常情况下的S曲线加减速如图2所示，图2S曲线加速以下给出S曲线加减速的插补递推公式，在此处设插补周期为T，则在第i个插

7、补周期结束时，位为加速度为速度为：上述递推公式中J是分区适应的，即：插补时只需判断当前插补周期所在区间，即可按插补迭代公式计算出与速度规划适应的位移增量，从而实现其加减速。S型加减速在任何一点的加速度都是连续变化的，从而避免了柔性冲击，速度的平滑性很好，运动精度高。但是算法较复杂，一般用于高速、高精度加工中。2.插补技术直线插补和圆弧插补及椭圆插补的计算原理。数控系统加工的零件轮廓或运动轨迹一般由直线、圆弧组成，对于一些非圆曲线轮廓则用直线或圆弧去逼近。插补计算就是数控系统根据输入的基本数据，通过计算，将工件的轮廓或运动轨迹描述出来，边计算边根据计算

8、结果向各坐标发出进给指令。（3）直线的生成基于单片机的新型逐点比较直线插补法设计该设计中采用两轴联动插补(图