S形曲线速度规划方法、装置及数控方法和数控机床的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数控加工的加减速处理技术领域，尤其涉及一种S形曲线速度规划方 法、装置及数控方法和数控机床。
【背景技术】
[0002] 数控系统中，为了保证机床在启动停止或者两条曲线段之间过渡时不产生冲击、 失步、超程或者震荡，需采用专门的加减速控制算法，使得电机的输入按照一定的规律进行 变化，在各种加工情况下都能快速准确的定位。现有技术在S形曲线加减速控制中，将S形 曲线划分为七个时间段，根据系统最大加速度等参数计算各个时间段的时间长度以完成S 形曲线的规划，使得被控制的曲线轨迹的加速度呈线性且连续变化，以此来控制加工过程 中的冲击和震荡等问题。
[0003] 但是，在进行S形曲线加减速控制过程中，当最初算法要求产生变化，就需要为这 种特殊情况来准备一套特别的公式组，并且还需要持续开发出新的公式来适应算法的变 化，并付诸大量时间去测试。做一种改动需要对很多地方更改方程，漏掉或者出错的概率很 高，出错也不易理解不易修正，交接工作时对新入手的算法工程师来说读懂这么多的公式 也会消耗大量时间。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种S形曲线速度规划方法、装置及数控方法和 数控机床，能够在需要改变运动状态参数时无需分别更改所有相关方程组，以节省编程人 员的时间和提升系统可靠性。
[0005] 为解决上述问题，本发明提供的第一方案为提供一种S形曲线速度规划方法，所 述S形曲线加减速的运行区间段被划分为7个连续的时间段1\、……1\、……T7，所述方 法包括：（1)获取预先设定的运动状态参数的期望值；（2)获取1\时间段起始时间点对应 的状态函数Motionstatus(i);其中，所述状态函数Motionstatus(i)包括1\时间段起 始时间点对应的运动状态参数的值，1 <i< 7 ;(3)根据所述运动状态参数的期望值与 所述状态函数Motionstatus(i)计算状态函数Motionstatus(i+l);其中，所述状态函数 M〇ti〇nstatuS(i+l)包括时间段结束时间点或Ti+1时间段起始时间点对应的运动状态 参数的值；循环执行上述步骤（2)、（3)，以计算得到1\至T7各个时间段对应的状态函数 Motionstatus(i)至Motionstatus(8)，从而得到S形曲线速度规划的数据。
[0006] 其中，所述状态函数Motionstatus(i)包括的时间段起始时间点对应的运动状 态参数的值包括A时间段起始时间点时的加速度ai、速度Vi、位移Pi及时间ti;所述运动 状态参数的期望值包括：加加速度J、期望加速度4、期望减速度队、期望速度和期望位移 P〇
[0007]其中，所述根据所述运动状态参数的期望值与所述状态函数Motionstatus(i)计 算状态函数Motionstatus(i+1)的步骤包括：由所述运动状态参数的期望值计算所述时间 段Ti的时间长度Di;由所述状态函数Motionstatus(i)和所述时间长度Di计算状态函数Motionstatus(i+1)〇
[0008] 其中，所述由所述状态函数Motionstatus (i)和所述时间长度Di计算状态函数 Motionstatus (i+1)的步骤包括：利用如下公式计算所述状态函数Motionstatus (i+1)包 括的加速度值：ai+1= JXDi+ai;利用如下公式计算所述状态函数Motionstatus (i+1)包 括的速度值：
；利用如下公式计算所述状态 函数Motionstatus (i+1)包括的位移值：
丨利用如下公式计算所述状态函数Motionstatus (i+1)包括的时间值：ti+1 =ti+Di〇
[0009] 其中，所述方法还包括：根据所述S形曲线速度规划的数据进行插补计算。
[0010] 为解决上述问题，本发明提供的第二方案为提供一种基于s形曲线速度规划的数 控方法，所述方法包括：利用如第一方案任意一项所述的s形曲线速度规划方法形成的SB 曲线速度规划数据；根据所述S形曲线速度规划数据产生数控指令，以驱动机械相应地运 动。
[0011] 为解决上述问题，本发明提供的第三方案为提供一种S形曲线速度规划装置， 所述S形曲线加减速的运行区间段被划分为7个连续的时间段1\、……Ti、……T7，所 述装置包括：第一获取单元，用于获取预先设定的运动状态参数的期望值；第二获取单元， 用于获取1\时间段起始时间点对应的状态函数Motionstatus(i);其中，所述状态函数 Motionstatus(i)包括1\时间段起始时间点对应的运动状态参数的值，1彡i彡7 ;计算 单元，用于根据所述运动状态参数的期望值与所述状态函数Motionstatus(i)计算状态函 数Motionstatus(i+1);其中，所述状态函数Motionstatus(i+1)包括1\时间段结束时间 点或Ti+1时间段起始时间点对应的运动状态参数的值；所述第二获取单元和所述计算单元 如上所述循环执行，以计算得到1\至T7各个时间段对应的状态函数Motionstatus(i)至 Motionstatus(8)，从而得到S形曲线速度规划的数据。
[0012] 其中，所述状态函数Motionstatus(i)包括的时间段起始时间点对应的运动状 态参数的值包括A时间段起始时间点时的加速度ai、速度Vi、位移Pi及时间ti;所述运动 状态参数的期望值包括：加加速度J、期望加速度4、期望减速度队、期望速度和期望位移 P〇
[0013] 其中，所述计算单元用于根据所述运动状态参数的期望值计算所述时间段凡的 时间长度Di;以及根据所述状态函数Motionstatus(i)和所述时间长度D,计算状态函数Motionstatus(i+1)〇
[0014] 为解决上述问题，本发明提供的第四方案为提供一种数控机床，包括如第三方案 任一项所述的S形曲线速度规划装置以及控制装置，其中，所述控制装置用于根据所述S形 曲线速度规划数据产生数控指令，以驱动机械相应地运动。
[0015]本发明提供的一种S形曲线速度规划方法、装置及数控方法和数控机床，将S形曲 线加减速控制过程中的运动状态进行封装以及通过建立状态函数将S形曲线加减速控制 过程中所需的方程封装起来，如果需要改变运动状态参数则可以直接调用函数对封装起来 的运动状态一起改掉，不易遗漏。将重复利用的方程或方法封装后，如果需要新的算法要 求，只需要更改封装起来的函数，而不是所有用到这个方程的地方，从而节省了编程人员的 时间，提升了系统的可靠性。
【附图说明】
[0016]图1为现有技术中的S形曲线速度规划的运动状态参数对应关系示意图；
[0017] 图2为本发明第一实施方式中的S形曲线速度规划方法的流程示意图；
[0018]图3为本发明第一实施方式中的S形曲线速度规划的运动状态参数对应关系示意 图；
[0019] 图4为本发明第一实施方式中计算状态函数Motionstatus (i+1)的方法流程示意 图；
[0020] 图5为本发明第二实施方式中的S形曲线速度规划方法的流程示意图；
[0021] 图6为本发明第三实施方式中的S形曲线速度规划方法的流程示意图；
[0022] 图7为本发明第一实施方式中的S形曲线速度规划装置的功能模块示意图；
[0023] 图8为本发明第二实施方式中的S形曲线速度规划装置的功能模块示意图；
[0024] 图9为本发明实施方式中数控机床的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实 施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所 获得的所有其他实施方式，均属于本发明保护的范围。
[0026] 以下将首先对现有技术的数控系统的S形曲线速度规划的基本原理进行说明：
[0027] 请参阅图1，为现有技术中的S形曲线速度规划的运动状态参数对应关系示意图， S形曲线指数控系统在加减速阶段的速度曲线形状呈S形，且S形曲线加减速的运行区间 段一般可以分为七个连续的时间段，从S形曲线的起点依次分别为：加加速阶段、匀加速阶 段、减加速阶段、匀速阶段、加减速阶段、匀减速阶段和减减速阶段阶段。这七个时间段的 时间长度分别记做T 2、T3、T4、T5、T6、T7，每个时间段末点的时间记做tp t2、t3、t4、t5、t6