一种运动控制系统的非对称S曲线加减速控制方法和装置与流程

本发明涉及运动控制系统的加减速控制技术，特别是适用于通用运动控制器、数控系统和机器人控制系统非对称S曲线加减速控制技术。

背景技术：

加减速控制技术是运动控制系统插补技术中的一项极其重要的技术，是运动控制系统实现高速度高精度加工的关键技术。在运动控制系统中，为保证电动机在启动和停止时不产生冲击、失步和振荡，输入到驱动器的脉冲或者电压必须进行加减速控制。在电动机启动时，输入到电动机驱动器的脉冲频率或者电压必须逐渐增大，而当电动机减速停止时，输入到电动机驱动器的脉冲频率或者电压必须逐渐减小。

目前，经常被使用的加减速控制方法是梯形加减速控制方法和S形加减速控制方法。梯形加减速控制方法实现简单，但是由于梯形加减速控制方法加速度不连续，在电机启动和加减速结束时加速度均存在突变,因此会产生很大的冲击,影响零件加工质量和机械设备的使用寿命。为使得加速度连续，常用的加减速控制方法是S形加减速控制方法。

但是目前的非对称S形加减速控制方法存在以下三方面缺陷：(1)非对称只是起始速度和停止速度不相等，但是加速度和减速度仍然是相等的。加速度和减速度相等意味着加速过程和减速过程快慢不能分开控制，降低S形加减速控制方法灵活性；(2)加减速计算需要使用迭代法或二分法等数值分 析方法，计算过程复杂，加大计算机消耗和降低计算效率；(3)由于计算机实现加减速必须把连续的数学公式离散化处理，因此必须把公式最后计算得到的时间量转化为插补周期的整数倍。但是对于起始速度和停止速度非对称、加速度和减速度也是非对称的S曲线，把时间量转化为插补周期的整数倍，目前的文献和技术资料还没有公开的转化方法。

技术实现要素：

本发明提供一种运动控制系统的非对称S曲线加减速控制方法和装置，解决了加速度和减速度也是非对称时分别控制加速和减速的过程，并补偿S曲线加减速控制离散化处理过程中的精度损失的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种运动控制系统的非对称S曲线加减速控制方法，包括以下处理过程：接收非对称S曲线的输入参数，所述输入参数至少包括：起始速度V_s、末速度V_e、最大理论速度V_m、S段时间T_s、加速时间T_acc、减速时间T_dec和路径长度S；

根据所述输入参数计算所述非对称S曲线的加速段最大加速度A_max、减速段最大减速度D_max；

根据所述输入参数以及所述非对称S曲线的加速段最大加速度A_max、减速段最大减速度D_max计算所述非对称S曲线的加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a；

将所述非对称S曲线的加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇ 分别进行圆整处理，并根据圆整后的参数进行运动参数调整控制。

优选的，所述根据所述输入参数计算所述非对称S曲线的加速段最大加速度A_max、减速段最大减速度D_max具体包括：

所述的计算加速段最大加速度A_max为：

所述的计算减速段最大减速度D_max为：

本发明还提供了微小线段动态前瞻控制装置，包括：

运动参数接收模块，用于接收非对称S曲线的输入参数，所述输入参数至少包括：起始速度V_s、末速度V_e、最大理论速度V_m、S段时间T_s、加速时间T_acc、减速时间T_dec和路径长度S；

第一计算模块，用于根据所述运动参数接收模块接收的输入参数计算所述非对称S曲线的加速段最大加速度A_max、减速段最大减速度D_max；

第二计算模块，用于根据所述输入参数以及所述非对称S曲线的加速段最大加速度A_max、减速段最大减速度D_max计算所述非对称S曲线的加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a；

圆整处理和调整模块，用于将所述非对称S曲线的加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇分别进行圆整处理，并根据圆整后的参数进行运动参数调整控制。

本发明的有益效果：

(1)增强了S曲线加减速控制方法的灵活性

由于本发明非对称S曲线不但起始速度和停止速度是非对称的，加速度和减速度也是非对称的，从而使得加速过程和减速过程可以分开控制，增强非对称S曲线加减速控制方法的灵活性。

(2)降低计算机消耗，提高运算效率

本发明根据已知参数，判断加速度曲线类型，再以最高次为3次的方程就可以计算非对称S曲线，从而避开迭代法等复杂的S曲线加减速计算，降低计算机消耗，提高运算效率。

(3)提高了加减速规划末速度精度和位移精度

由于本发明引入基于动力学限制的圆整方法，补偿S曲线加减速控制离散化处理过程中的精度损失，从而可以提高加减速规划末速度精度和位移精度。

附图说明

图1是本发明非对称S曲线加减速控制方法总体流程图。

具体实施方式

以下结合实施例详细先介绍本发明非对称S曲线加减速控制的具体实现过程。

本发明的主要发明构思是使得：(1)S曲线不但起始速度和停止速度是非对称的，加速度和减速度也是非对称的，从而使得加速过程和减速过程可 以分开控制，增强S曲线加减速控制方法的灵活性；(2)根据已知参数，判断加速度曲线类型再计算，从而避开迭代法等复杂的S曲线加减速计算，降低计算机消耗，提高运算效率；(3)引入基于动力学限制的圆整方法，补偿S曲线加减速控制离散化处理过程中的精度损失。

如图1所示，本发明的总体实现流程包括以下处理步骤：

S1，运动控制系统接收到输入参数，包括：起始速度V_s、末速度V_e、最大理论速度V_m、S段时间T_s、加速时间T_acc、减速时间T_dec和路径长度S；

S2，计算加速段最大加速度A_max、减速段最大减速度D_max；进一步还可以通过A_max和D_max计算出加速段加加速度J_a和减速段加加速度J_d；

S3，根据S1、S2中的参数值计算加加速段时间、匀加速段时间、加减速段时间、匀速段时间、减加速段时间、匀减速段时间、减减速段时间和最大实际速度；

S4，圆整；将S3中计算得出的加加速段时间、匀加速段时间、加减速段时间、匀速段时间、减加速段时间、匀减速段时间、减减速段时间分别圆整为插补周期T的整数倍，并根据圆整后的参数进行运动参数调整控制。

其中步骤S2中的计算过程具体方式为：

加速段最大加速度A_max为：

减速段段最大减速度D_max为：

加速段加加速度J_a为：

减速段加加速度J_d为：

上述步骤S3中计算加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a包括以下过程：

S21，计算在最大实际速度V_a等于最大理论速度V_m，且t₁＝t₃＝t₅＝t₇＝T_s条件下加速段长度S_A和减速度长度S_D；

所述S_A为：

所述S_D为：

S22，计算满足以下条件

时的加速段和减速段之和S₁；所述的S₁为：

S23，计算满足以下条件

时的加速段和减速段之和S₂；所述的S₂为：

S₂＝2V_sT_s+A_maxT_s²+V_e2T_s+D_maxT_s²

S24，计算满足以下条件

时的加速段和减速段之和S₃；所述的S₃为：

S25，计算满足以下条件

时的加速段和减速段之和S₄；所述的S₄为：

S26，根据S₁、S₂、S₃、S₄、S、A_max、D_max、V_m、V_e、V_s和T_s计算加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a。

上述步骤S26中根据S₁、S₂、S₃、S₄、S、A_max、D_max、V_m、V_e、V_s和T_s计算加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加 速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a具体包括以下处理过程：

S261，当满足以下条件

时，

所述加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a分别为：

S262，当满足以下条件

时，

所述加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a分别为：

S263，当满足以下条件

时，

所述加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a分别为：

S264，当满足以下条件

时，

所述加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a分别为：

S265，当仅满足以下两个条件

和中的一个时，

所述加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a分别为：

S266，当仅满足以下两个条件

和中的一个时，

所述加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a分别为：

S267，当仅满足以下两个条件

和中的一个时，

所述加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a分别为：

S268，当仅满足以下五个条件

和中的一个时，

所述加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a分别为：

上述步骤S4具体包括以下处理过程：

S31，将t₁、t₂、t₃、t₅、t₆、t₇按以下方式向上圆整为为插补周期T的整数倍：

S32，根据T₁、T₂、T₃、T₅、T₆、T₇，并按照以下方式将加速段长度S_A调整为S_A1，将减速段长度S_D调整为S_D1：

S_A1＝V_s(2T₁+T₂)+A_max(T₁²+1.5T₁T₂+0.5T₂²)

S_D1＝V_e(2T₅+T₆)+D_max(T₅²+1.5T₅T₆+0.5T₆²)

S33，根据S_A1、S_D1、V_A、S，并按照以下方式计算圆整后的匀速段时间T₄和调整后实际能够达到的最大速度V_A1：

S34，按照以下方式将加速段最大加速度A_max调整为A_max1，并作为最终的最大加速度，并计算最终加速段的加加速度J_A1：

S35，按照以下方式将减速段最大减速度D_max调整为D_max1，并作为最终的减速段最大减速度，并计算最终减速段的加加速度J_D1：

本发明还公开了一种运动控制系统的非对称S曲线加减速控制装置，其特征在于，包括：运动参数接收模块、第一计算模块、第二计算模块和圆整处理和调整模块。

其中运动参数接收模块，用于接收非对称S曲线的输入参数，所述输入参数至少包括：起始速度V_s、末速度V_e、最大理论速度V_m、S段时间T_s、加速时间T_acc、减速时间T_dec和路径长度S；

第一计算模块，用于根据所述运动参数接收模块接收的输入参数计算所述非对称S曲线的加速段最大加速度A_max、减速段最大减速度D_max；

第二计算模块，用于根据所述输入参数以及所述非对称S曲线的加速段最大加速度A_max、减速段最大减速度D_max计算所述非对称S曲线的加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇和最大实际速度V_a；

圆整处理和调整模块，用于将所述非对称S曲线的加加速段时间t₁、匀加速段时间t₂、加减速段时间t₃、匀速段时间t₄、减加速段时间t₅、匀减速段时间t₆、减减速段时间t₇分别进行圆整处理，并根据圆整后的参数进行运动参数调整控制。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能 认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。