一种适用于高速机构的非对称S形位移曲线设计方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于高速机构的非对称S形位移曲线设计方法，属于位移曲线设计技术领域，所述方法包括：对曲线进行时间分段；对时域全域上的加速度曲线进行构造，得到加速度分段函数；依次积分得到速度分段函数和位移分段函数；在当前计算的位移最大值与设计的目标位移最大值之差小于允许的最大位移误差时，计算加速度与速度的乘积，并求解绝对值最大值；寻优多次后，在加速度与速度的乘积的绝对值最大值中选取最小者，获取相应的位移分段函数；对位移分段函数进行无因次化处理。本发明专利技术能够在曲线起始段实现快速加速，并且能够消除高速机构中力的突变。机构中力的突变。机构中力的突变。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高速机构的非对称S形位移曲线设计方法


[0001]本专利技术涉及位移曲线设计
，特别是指一种适用于高速机构(高速往复运动机构)的非对称S形位移曲线设计方法。该方法适合用于工业点胶、固晶机、泛半导体设备等领域中要求结构件具有每秒100次以上的高速、微纳米级高精度往复运动等应用场景。

技术介绍

[0002]在对高速往复运动中的位移曲线进行设计时，一般会采用对称的S形曲线进行设计，以保证冲程开始及末端的速度平滑无突变。在实际应用中，该曲线在起始段无法实现快速加速，从而限制了高速机构的运动频率。
[0003]在对高速往复运动中的曲线进行设计时，一般保证加速度连续作为位移曲线设计的前提。在实际应用中，该方法难以消除高速机构中力的突变。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种适用于高速机构的非对称S形位移曲线设计方法，能够在曲线起始段实现快速加速，并且能够消除高速机构中力的突变。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：
[0006]一种适用于高速机构的非对称S形位移曲线设计方法，包括：
[0007]步骤1：对高速往复运动中的曲线进行时间分段；
[0008]步骤2：根据工况实际需求，确定各段加加速度及减加速度曲线分别对应的多项式的阶数；
[0009]步骤3：设定优化次数i＝1；
[0010]步骤4：确定恒定加速度段的加速度取值；
[0011]步骤5：利用两端导数甚至高阶导数为0的单调高阶多项式曲线对高速往复运动中的加加速度段与减加速度段进行加速度曲线构造，使加加速度段与减加速度段两端的至少一阶导数为0；
[0012]步骤6：对时域全域上的加速度曲线进行构造，使加加速度段、恒定加速度段、减加速度段各段在时域上首尾相连，得到加速度分段函数；
[0013]步骤7：判断加速度分段函数是否连续，在非连续处，保证恒定加速度段的加速度大小不变，通过调整系数使加加速度段与减加速度段的两端与恒定加速度段的两端对应的值相等；
[0014]步骤8：对加速度分段函数进行积分，得到高速往复运动的速度分段函数，同时为保证速度分段函数的连续性，需对低阶系数及常数项进行赋值；
[0015]步骤9：对速度分段函数进行积分，得到高速往复运动的位移分段函数，同时为保证位移分段函数的连续性，需对低阶系数及常数项进行赋值；
[0016]步骤10：判断当前计算的位移最大值与设计的目标位移最大值之差是否小于允许的最大位移误差，若否，则更改恒定加速度段的加速度值并转至步骤4，若是，则执行下一步
骤；
[0017]步骤11：计算加速度与速度的乘积，并求解该乘积的绝对值最大值；
[0018]步骤12：判断优化次数是否大于等于预设的寻优次数，若否，则更改时间分段及恒定加速度段的加速度值，优化次数i加1，并转至步骤4，若是，则执行下一步骤；
[0019]步骤13：在加速度与速度的乘积的绝对值最大值中选取最小者，获取相应的时间分段、恒定加速度段的加速度值、各段多项式系数，并使用新参数重新计算加速度分段函数、速度分段函数、位移分段函数；
[0020]步骤14：对位移分段函数进行无因次化处理。
[0021]进一步的，所述步骤6包括：
[0022]在位移的末端位置设置位移驻点，即机构末端到达最大位移值时，机构整体在较短时间内保持位姿不变。
[0023]进一步的，所述步骤8包括：
[0024]步骤81：判断初始及位移末端速度是否为0，若否，则对加速度分段函数的峰值及各时间节点的设置进行边界条件的求解；
[0025]步骤82：更改时间分段及恒定加速度段的加速度值，并转至步骤4。
[0026]进一步的，所述步骤9包括：
[0027]步骤91：判断初始位移是否为0，位移末端是否为S
max
，若否，则对加速度分段函数的峰值及各时间节点的设置进行边界条件的求解；
[0028]步骤92：更改时间分段及恒定加速度段的加速度值，并转至步骤4。
[0029]进一步的，所述步骤10包括：
[0030]步骤101：若当前计算的位移最大值小于设计的目标位移最大值，且两者之差大于允许的最大位移误差，则增加恒定加速度段的加速度值并转至步骤4。
[0031]进一步的，所述步骤10包括：
[0032]步骤101
’
：若当前计算的位移最大值大于设计的目标位移最大值，且两者之差大于允许的最大位移误差，则减小恒定加速度段的加速度值并转至步骤4。
[0033]进一步的，所述步骤14包括：
[0034]根据工况对位移分段函数进行缩放处理。
[0035]本专利技术具有以下有益效果：
[0036]本专利技术的适用于高速机构的非对称S形位移曲线设计方法，对常用的加速度曲线进行了改进，使跃度曲线等高阶导数曲线依然平滑连续，提高了位移曲线函数的连续性特性值，且可以分段调节加速程度。
[0037]本专利技术不仅考虑到了曲线的高阶可导，还考虑了机构的速度及加速度乘积及其峰值优化，对输入端的动态力或动态力矩进行了控制，降低了输入端的平衡力矩或平衡力。不仅提高了末端位移的精度，同时稳定了机构的力学环境，明显减小了机构全程运动中的振动，从而减小惯性载荷对运动精度的影响，工程实施效果明显。本专利技术能够在曲线起始段实现快速加速，并且能够消除高速机构中力的突变。
附图说明
[0038]图1为本专利技术适用于高速机构的非对称S形位移曲线设计方法的流程示意图；
[0039]图2为本专利技术中高阶多项式函数单调区间的图像；
[0040]图3为本专利技术中加速度分段函数图像；
[0041]图4为本专利技术中速度分段函数图像；
[0042]图5为本专利技术中位移分段函数图像；
[0043]图6为本专利技术中加速度与速度乘积的分段函数图像；
[0044]图7为本专利技术中力学优化过程的曲线谱示例图像。
具体实施方式
[0045]为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0046]针对现有技术高速往复运动中曲线的设计缺陷，本专利技术提出了一种基于多项式加速规律设计的非对称S型任意位移曲线设计方法。该方法对常用的加速度曲线进行了改进，使跃度曲线等高阶导数曲线依然平滑连续，提高了位移曲线函数的连续性特性值，且可以分段调节加速程度。
[0047]本专利技术提供一种适用于高速机构的非对称S形位移曲线设计方法，如图1所示，包括：
[0048]步骤1：对高速往复运动中的曲线进行时间分段；
[0049]本步骤中，可根据经验进行时间分段，分段时间节点可以定义为t
i
，其中i＝0，1，2，
…
，n，
…
，m。t0为初始时间，t
n
为进程结束时间，t
m...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高速机构的非对称S形位移曲线设计方法，其特征在于，包括：步骤1：对高速往复运动中的曲线进行时间分段；步骤2：根据工况实际需求，确定各段加加速度及减加速度曲线分别对应的多项式的阶数；步骤3：设定优化次数i＝1；步骤4：确定恒定加速度段的加速度取值；步骤5：利用两端导数甚至高阶导数为0的单调高阶多项式曲线对高速往复运动中的加加速度段与减加速度段进行加速度曲线构造，使加加速度段与减加速度段两端的至少一阶导数为0；步骤6：对时域全域上的加速度曲线进行构造，使加加速度段、恒定加速度段、减加速度段各段在时域上首尾相连，得到加速度分段函数；步骤7：判断加速度分段函数是否连续，在非连续处，保证恒定加速度段的加速度大小不变，通过调整系数使加加速度段与减加速度段的两端与恒定加速度段的两端对应的值相等；步骤8：对加速度分段函数进行积分，得到高速往复运动的速度分段函数，同时为保证速度分段函数的连续性，需对低阶系数及常数项进行赋值；步骤9：对速度分段函数进行积分，得到高速往复运动的位移分段函数，同时为保证位移分段函数的连续性，需对低阶系数及常数项进行赋值；步骤10：判断当前计算的位移最大值与设计的目标位移最大值之差是否小于允许的最大位移误差，若否，则更改恒定加速度段的加速度值并转至步骤4，若是，则执行下一步骤；步骤11：计算加速度与速度的乘积，并求解该乘积的绝对值最大值；步骤12：判断优化次数是否大于等于预设的寻优次数，若否，则更改时间分段及恒定加速度段的加速度值，优化次数i加1，并转至步骤4，若是，则执行下一步骤；步骤13：在加速度与速度的乘积的绝对值最大值中选...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏宗帅，刘炳辉，张淑兰，
申请(专利权)人：北京派和科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：