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专利号: 2020100477266
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种非对称性四次曲线柔性加减速规划方法,其特征在于,步骤如下:步骤一、非对称性四次曲线柔性加减速规划模型构建

构建的加减速规划模型包含加速运动阶段、匀速运动阶段和减速运动阶段;加加速度的变化规律为三角形状连续变化,向上逐次积分得到加速度、速度和位移变化规律,规划出的加加速度、加速度、速度和位移分别是连续变化的一次、二次、三次和四次曲线;加速阶段和减速阶段的参数值均可不同,完整的加减速过程被划分为11个运动阶段,每个运动阶段都有相对应的参数函数表达式;

步骤二、非对称性四次曲线柔性加减速规划实现方案

总体实现流程包括以下处理步骤:

S1,输入系统给定参数,包括:待加工路径长度L、起始速度Vs和终点速度Ve、机床运行最大速度Vmax、加速运动阶段的最大加速度Aa和最大加加速度Ja、减速运动阶段的最大加速度Ad和最大加加速度Jd;定义所研究加减速规划的加加速度、加速度、速度和位移与时间参数t的函数表达式分别为j(t)、a(t)、v(t)和s(t);

所述11个运动阶段各自相对应的参数函数表达式为:

(1)当t∈[0,t1)时,各参数函数表达式如式(1)所示;

(2)当t∈[t1,t2)时,各参数函数表达式如式(2)所示;

(3)当t∈[t2,t3)时,各参数函数表达式如式(3)所示;

(4)当t∈[t3,t4)时,各参数函数表达式如式(4)所示;

(5)当t∈[t4,t5)时,各参数函数表达式如式(5)所示;

(6)当t∈[t5,t6)时,各参数函数表达式如式(6)所示;

(7)当t∈[t6,t7)时,各参数函数表达式如式(7)所示;

(8)当t∈[t7,t8)时,各参数函数表达式如式(8)所示;

(9)当t∈[t8,t9)时,各参数函数表达式如式(9)所示;

(10)当t∈[t9,t10)时,各参数函数表达式如式(10)所示;

(11)当t∈[t10,t11)时,各参数函数表达式如式(11)所示;

其中,t1~t11分别表示为各个运动阶段的转接点时刻;τ1~τ11分别表示局部时间坐标,即τi=t‑ti‑1;T1~T11分别表示各个运动阶段的持续运行时间;

当加减速规划模型确定后,轨迹曲线由系统给定参数唯一确定;根据系统给定参数求解出Ti值,i=1,2,...,11,分别代入各运动段的位移函数s(t)、速度函数v(t)、加速度函数a(t)和加加速度函数j(t)表达式,便可确定t时刻轨迹状态,进行后续插补处理;

S2,取可达到的最大速度Vmax_act=Vmax,校验此时加速阶段和减速阶段的最大加速度可达性,并分别求出加速阶段的位移长度Sa和减速阶段的位移长度Sd;

S2.1,取可达到的最大速度Vmax_act为机床运行最大速度Vmax,即令Vmax_act=Vmax;

S2.2,校验此时加速阶段最大加速度Aa可达性,并计算加速阶段的位移长度Sa;

2

①当(Vmax_act‑Vs)≥2Aa /Ja时,则说明加速阶段能达到最大加速度Aa,计算加速阶段各运动时间长度为:2

②当(Vmax_act‑Vs)<2Aa /Ja时,则说明加速阶段不能达到最大加速度Aa,计算加速阶段各运动时间长度为:此时加速阶段实际可达到的最大加速度为:

③基于步骤①、②所得加速阶段各运动时间长度,加速阶段的位移长度Sa为:Sa=(Vs+Vmax_act)(4T1+T3)/2                                            (15)S2.3,校验此时减速阶段最大加速度Ad可达性,并计算减速阶段的位移长度Sd;

2

④当(Vmax_act‑Ve)≥2Ad /Jd时,则说明减速阶段能达到最大加速度Ad,计算减速阶段各运动时间长度为:2

⑤当(Vmax_act‑Ve)<2Ad /Jd时,则说明减速阶段不能达到最大加速度Ad,计算减速阶段各运动时间长度为:此时减速阶段实际可达到的最大加速度为:

⑥基于步骤④、⑤所得减速阶段各运动时间长度,减速阶段的位移长度Sd为:Sd=(Ve+Vmax_act)(4T7+T9)/2 (19);

S3,判断待加工路径长度L与Sa+Sd的大小关系,从而校验机床运行最大速度Vmax可达性,当机床运行最大速度可达时,则实际可达到的最大速度取机床运行最大速度,并跳转至步骤S6;当机床运行最大速度不可达时,至步骤S4;

S3.1,判断待加工路径长度L与Sa+Sd的大小关系当待加工路径长度L≥Sa+Sd时,则说明系统存在匀速运动段,此时实际可达到的最大速度Vmax_act即为机床运行最大速度Vmax,计算此时匀速段运动时间长度为:并跳转至步骤S6;

当给定待加工路径长度L<Sa+Sd时,则说明系统不存在匀速运动速段,此时实际可达到的最大速度Vmax_act小于机床运行最大速度Vmax,需重新计算实际可达到的最大速度Vmax_act,至步骤S4;

S4,设置精度误差δ和最大可迭代次数Count;确定迭代区间[Vmax_low,Vmax_up],其中Vmax_up为取区间上边界,Vmax_low为区间下边界;并通过循环迭代法求解实际可达到的最大速度,当在最大可迭代次数内达到系统精度要求时,则实际可达到的最大速度取当前求解出来的最大速度值,并跳转至步骤S6;当算法迭代次数达到最大可迭代次数仍不满足系统精度要求时,至步骤S5;

S5,采用匀速补偿法,实际可达到的最大速度取当前区间下边界值,并在匀速阶段对位置进行补偿;

S5.1,采用匀速补偿法,取此时实际可达到的最大速度Vmax_act=Vmax_low;

S5.2,由步骤S2.2和步骤S2.3分别计算出此时加速阶段的位移长度Sa和减速阶段的位移长度Sd,并在匀速阶段对位置进行补偿:并跳转至步骤S6;

S6,解析求解时间参数Ti值,i=1,2,...,11,并结束流程。

2.根据权利要求1所述的一种非对称性四次曲线柔性加减速规划方法,其特征在于,步骤S4中的计算过程具体方式为:S4.1,根据系统加工精度要求,设置最大允许误差δ,δ>0;根据系统实时性要求,设置最大可迭代次数Count;设置累计迭代次数i=0;

S4.2,确定循环迭代区间,取区间上边界Vmax_up=Vmax,区间下边界Vmax_low=max(Vs,Ve),则实际可达到的最大速度Vmax_act∈[Vmax_low,Vmax_up];

S4.3,取Vmax_act=(Vmax_up+Vmax_low)/2;由步骤S2.2和步骤S2.3分别计算出此时加速阶段的位移长度Sa和减速阶段的位移长度Sd;且累计迭代次数i自动加1;

S4.4,判断|L‑Sa‑Sd|与δ的关系;

当|L‑Sa‑Sd|≤δ时,表示当前Vmax_act取值已满足系统精度要求,令T6=0,并跳转至步骤S6;

当|L‑Sa‑Sd|>δ时,表示当前Vmax_act取值不满足系统精度要求;

S4.5,判断i与Count的关系;

当i≥Count时,表示当前累计迭代次数已达到最大可迭代次数,为了保证算法可靠,耗时稳定,不能继续迭代,跳转至步骤S5;

当i<Count时,表示当前累计迭代次数小于最大可迭代次数,可继续进行循环迭代,跳转至步骤S4.6;

S4.6,判断L与Sa+Sd的关系;

当L≥Sa+Sd时,表示当前Vmax_act取值小于实际可达到的最大速度,此时令Vmax_low=Vmax_act,并跳转到步骤S4.3;

当L<Sa+Sd时,表示当前Vmax_act取值大于实际可达到的最大速度,此时令Vmax_up=Vmax_act,并跳转到步骤S4.3。

3.根据权利要求1所述的一种非对称性四次曲线柔性加减速规划方法,其特征在于,步骤S6中的计算过程具体方式为:根据确定的Vmax_act,其它时间参数Ti值,i=1,2,...,

11,通过式(12)~式(19)计算得出,结束流程。