【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数控加工，具体涉及一种基于轨迹模式的低谐波速度规划方法。
技术介绍
1、为了解决驱动轴频繁启停导致的机床振动问题，需要对加工速度进行速度规划。速度规划主要是通过对速度、加速度或加加速度进行柔性控制，以此来保证数控机床平稳运行，进而提高加工效率以及加工质量。
2、例如：(1)直线加减速控制方法在加/减速阶段，令加工速度以线性方式变化、加速度保持为常数。该方法控制简单，计算量小；但在加/减速阶段的开始和结束处，加速度存在突变，由此会引起机床振动。(2)现行还有s型和三次多项式型加减速控制方法，用以构造出光滑的速度曲线和连续的加速度曲线。但是其加加速度曲线仍然存在阶跃情况。(3)为了进一步实现柔性控制，有研究人员在此基础上提出了四次多项式型、五次多项式型甚至六次多项式型速度规划风阀，用以获得光滑的速度、加速度和加加速度曲线。但是伴随而来的是极为复杂的计算流程，需要涉及多个参数和方程，占用占用大量资源和时间进行数值计算。因此这些方法目前还多只能采用离线方式进行速度规划。(4)为了降低速度规划的时间和复杂度，有人提出了三角函数型速度规划方法。但是其加加速度函数是由指定的基频和所有谐波分量构成，导致运动函数会包含有大量的高频谐波分量，从而激励机床自然振动模态，引起振动。
3、综上，为了降低机床振动，实现高速、高精度和高质量加工，研究人员通过构造光滑的速度、加速度、甚至加加速度曲线，不断提高驱动轴的柔性控制能力。但各种方法都存在各自局限，控制效果难以继续提升。
技术实现思路b>
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，针对现有速度规划方法中计算量大、振动抑制效果不足，解决复杂曲线曲面的高速高精加工问题。
2、本专利技术通过以下技术手段实现上述技术目的。
3、一种基于轨迹模式的低谐波速度规划方法：基于三角函数构造轨迹模式，所构造的轨迹模式仅包含基频和三个低谐波分量；基于所构造的轨迹模式做速度规划。
4、进一步地，所述轨迹模式包括位移函数、速度函数、加速度函数、加加速度函数和加加加速度函数。
5、进一步地，所述位移函数为：
6、s(t)＝a0+a1cos(wt)+a2cos(2wt)+a3cos(3wt)+a4cos(4wt)+b1sin(wt)+b2sin(2wt)+b3sin(3wt)+b4sin(4wt)
7、其中w＝2π/t为基频，t为函数周期以及总时长，a0、a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4为轨迹参数。
8、进一步地，所述速度函数v(t)、加速度函数a(t)、加加速度函数j(t)、加加加速度函数jo(t)分别为位移函数s(t)关于时间t的一阶、二阶、三阶、四阶导数。
9、进一步地，根据加加加速度能量构建目标函数，并基于目标函数优化得到所述的各轨迹参数。
10、进一步地，所述目标函数为：
11、
12、进一步地，求解目标函数时，设有运动学边界限制的等式约束条件：
13、
14、其中s(0)、v(0)、a(0)、j(0)分别为起点处的位移、速度、加速度、加加速度；s(t)、v(t)、a(t)、j(t)分别为终点处的位移、速度、加速度、加加速度；se为运行至终点时的位移量，vs为初始速度，ve为结束速度。
15、进一步地，求解目标函数时，设有运动轮廓极大值限制的不等式约束条件：
16、
17、其中f为设定的最大速度值，a为设定的最大加速度值，j为设定的最大加加速度值，且有：
18、
19、
20、
21、
22、进一步地，根据四次多项式算法，获得初始参数vs、ve、se、t。
23、进一步地，利用二次规划方法求解所述目标函数。
24、本专利技术的有益效果为：
25、(1)本专利技术提供了一种基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其中根据给定的基频及其三个低谐波分量，利用轨迹模式，完成速度规划，有效地提高加工处理的效率，避免机械结构共振。
26、(2)本专利技术生成的运动学轮廓非常光滑且仅包含三个低频分量，能够显著地降低驱动力或力矩中所包含的高频分量，避免对系统振动模态的激励，实现高速、高质量加工。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：基于三角函数构造轨迹模式，所构造的轨迹模式仅包含基频和三个低谐波分量；基于所构造的轨迹模式做速度规划。
2.根据权利要求1所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：所述轨迹模式包括位移函数、速度函数、加速度函数、加加速度函数和加加加速度函数。
3.根据权利要求2所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：所述位移函数为：
4.根据权利要求3所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：所述速度函数v(t)、加速度函数a(t)、加加速度函数j(t)、加加加速度函数jo(t)分别为位移函数s(t)关于时间t的一阶、二阶、三阶、四阶导数。
5.根据权利要求3所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：根据加加加速度能量构建目标函数，并基于目标函数优化得到所述的各轨迹参数。
6.根据权利要求5所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：所述目标函数为：
7.根据权利要求6所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：求
8.根据权利要求6所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：求解目标函数时，设有运动轮廓极大值限制的不等式约束条件：
9.根据权利要求6所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：根据四次多项式算法，获得初始参数vs、ve、se、T。
10.根据权利要求6所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：利用二次规划方法求解所述目标函数。
...【技术特征摘要】
1.一种基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：基于三角函数构造轨迹模式，所构造的轨迹模式仅包含基频和三个低谐波分量；基于所构造的轨迹模式做速度规划。
2.根据权利要求1所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：所述轨迹模式包括位移函数、速度函数、加速度函数、加加速度函数和加加加速度函数。
3.根据权利要求2所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：所述位移函数为：
4.根据权利要求3所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方法，其特征在于：所述速度函数v(t)、加速度函数a(t)、加加速度函数j(t)、加加加速度函数jo(t)分别为位移函数s(t)关于时间t的一阶、二阶、三阶、四阶导数。
5.根据权利要求3所述的基于轨迹模式的低谐波速度规划方...
【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，王保升，潘龙，闫注文，吕东升，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。