基于动力学的自适应多段回溯前推实时速度规划算法开发
电子技术应用
谢翰君1，王林2，王钦若1
1.广东工业大学 自动化学院，广东 广州 510000；2.国工信（沧州）机器人有限公司，河北 沧州 061000
摘要： 为了提高微小线段的加工精度和效率，提出一种实时速度规划算法。该算法由两部分组成：针对刚柔耦合、重负载平台在数控运动中的抖动问题，提出基于动力学的初步规划算法，以优化短线段的实际加速度，提高运动的平稳性；针对单段回溯前推算法对于微小直线/圆弧加工效率不高的问题，提出基于动力学的自适应多段回溯前推速度规划算法，以提升加工效率。在基于PC的实时控制器和龙门双驱XY激光切割平台上进行了测试，并将该算法与自适应速率算法和单段回溯前推算法进行了比较。结果表明，所提算法在加工质量和加工效率方面均有所提高。此外，该算法简单有效，适用于高实时性的应用环境。
关键词：数控系统；速度规划；动力学；回溯前推算法；龙门双驱
中图分类号：TP13 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234117
中文引用格式： 谢翰君，王林，王钦若. 基于动力学的自适应多段回溯前推实时速度规划算法开发[J]. 电子技术应用，2023，49(12)：120-126.
英文引用格式： Xie Hanjun，Wang Lin，Wang Qinruo. Development of a dynamics-based adaptive multi-segment look-ahead real-time velocity planning algorithm[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(12)：120-126.
中文引用格式： 谢翰君，王林，王钦若. 基于动力学的自适应多段回溯前推实时速度规划算法开发[J]. 电子技术应用，2023，49(12)：120-126.
英文引用格式： Xie Hanjun，Wang Lin，Wang Qinruo. Development of a dynamics-based adaptive multi-segment look-ahead real-time velocity planning algorithm[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(12)：120-126.
Development of a dynamics-based adaptive multi-segment look-ahead real-time velocity planning algorithm
Xie Hanjun1，Wang Lin2，Wang Qinruo1
1.School of Automation， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510000， China； 2.Guogongxin （Cangzhou） Robot Co.， Ltd.， Cangzhou 061000， China
Abstract： A real-time velocity planning algorithm is proposed to improve the processing accuracy and efficiency of small line segments. The algorithm consists of two parts: a dynamics-based preliminary planning algorithm is proposed to optimize the actual acceleration of short line segments and improve the smoothness of motion, addressing the jitter problem of rigid-flexible coupling and heavy-load platforms in numerical control (NC) motion; a dynamics-based adaptive multi-segment look-ahead velocity planning algorithm is proposed to enhance processing efficiency for small straight lines/arcs, addressing the inefficiency issue of the single-segment look-ahead algorithm. The algorithm was tested on a PC-based real-time controller and a gantry dual-drive XY laser cutting platform and was compared with the adaptive feed-rate algorithm and single-segment look-ahead algorithm. The results show that the proposed algorithm improves both processing quality and efficiency. Additionally, the algorithm is simple and effective, and thus suitable for high real-time application environments.
Key words : CNC system；velocity planning；dynamics；look-ahead algorithm；gantry dual-drive
0 引言
在数控系统中，速度规划算法是研究的热点之一，因为它对数控系统的速度、精度和运动平稳性具有重要的影响[1-2]。在加工复杂曲线时，为了实现高效加工，通常希望电机按照最大加速度尽可能加速，以达到理想的最大速度。但是，这样的加减速过程可能会引起刚柔耦合、重负载平台的残余振动[3-4]，从而影响零件的加工精度和表面质量。因此，如何平衡加工平稳性和高效性是一个具有挑战性的问题，也是众多学者长期以来关注和研究的热点问题。
文献[5]充分论述了单段（线段）回溯前推算法，避免了由于速度突变所引起的冲击，并在嵌入式平台仿真测试了该算法。文献[6]给出了直线间构造圆弧平滑过渡的轨迹规划算法，为解决因加工路径方向改变而引起冲击的问题提供了较好的解决思路。文献[7]给出了双向扫描速度规划算法，实现连续小线段的速度衔接，但该算法本质上属于离线规划，不太适合实时高速的应用。文献[8]-[10]通过计算相邻小线段拐角处所允许的最大速度，给出微小线段连续前瞻算法。文献[11]给出了考虑弓高误差和向心加速度的自适应速率规划算法。但上述算法都没有考虑实际平台动力学的影响，可能会激起刚柔耦合、重负载平台的残余振动，影响零件的加工精度。文献[12]提出的实时速度前瞻算法基于系统模型动力学，但该模型仅为一阶模型，因此对于难以建立精确模型的刚柔耦合、重负载龙门双驱平台系统，该算法可能不太适用。
本文详细内容请下载：https://www.chinaaet.com/resource/share/2000005817
作者信息：
谢翰君1，王林2，王钦若1
（1.广东工业大学 自动化学院，广东 广州 510000；2.国工信（沧州）机器人有限公司，河北 沧州 061000）
此内容为AET网站原创，未经授权禁止转载。