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中科伺服運動控制控制器--品質(zhì)可靠、操作簡單、平穩(wěn)性好、成本低、節(jié)約能源
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運動控制控制器-高平穩(wěn)數(shù)控運動控制算法與系統(tǒng)
制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ),具有重要的戰(zhàn)略位置,其信息化、柔性化和全球化的趨勢促使現(xiàn)代數(shù)控機床朝著高速、高精、復(fù)合和智能的方向飛速發(fā)展。瞄準新一代高性能數(shù)控系統(tǒng)的實際需求,論文以提高數(shù)控運動平穩(wěn)性為主線,以實現(xiàn)高精度高效率運動控制為目標,從理論研究和工程實現(xiàn)兩個方面,圍繞柔性加減速前瞻規(guī)劃、高速短線段加工、參數(shù)曲線插補、高平穩(wěn)運動指令輸出和軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)等高性能數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題進行了深入研究。

主要創(chuàng)新成果如下:(1)針對目前廣泛研究的S形加減速前瞻算法普遍存在運算量大運動控制控制器、實時性差的不足,設(shè)計了一種適于工程化的嵌套式自適應(yīng)前瞻算法。給出了S形速度規(guī)劃曲線構(gòu)造和校驗兩主要運算階段的解析解,使S形加減速的工程推廣和向中低檔數(shù)控系統(tǒng)普及成為可能。

(2)針對高速短線段加工需求,為有效避免加工路徑直接轉(zhuǎn)接對運動平穩(wěn)性的沖擊,提出了空間圓弧和Ferguson樣條兩種過渡算法,能在保證加工精度的同時顯著提高加工效率、減小振動、改善工件表面質(zhì)量。其中,空間圓弧過渡法與提出的任意空間圓弧插補算法相結(jié)合,算法簡捷、通用性好,適合于中低端數(shù)控系統(tǒng)使用;Ferguson樣條過渡法進一步提高了路徑的連續(xù)性,效率更高、過渡更平穩(wěn),但采用此算法的數(shù)控系統(tǒng)需要有參數(shù)曲線插補功能的支持,更適合應(yīng)用于全功能高檔數(shù)控系統(tǒng)。

(3)提出了變周期參數(shù)曲線插補方法,采用嵌套規(guī)劃和逐步遞推兩種方法實現(xiàn)了S形加減速條件下的實時前瞻與高平穩(wěn)插補。自適應(yīng)變化的插補周期保證了前瞻路徑和插補軌跡的統(tǒng)一,全面解決了參數(shù)曲線插補過程中速度波動控制、精度控制和前瞻處理問題,實現(xiàn)了NURBS等參數(shù)曲線加工的高平穩(wěn)運動控制。

(4)研究了脈沖進給系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性控制問題,在建立插補輸出模型的基礎(chǔ)上,從時域和頻域剖析了其平穩(wěn)性問題的本質(zhì);分析揭示了傳統(tǒng)數(shù)控脈沖進給系統(tǒng)存在的精度、效率和平穩(wěn)性之間的制約關(guān)系,給出了實現(xiàn)平穩(wěn)運動控制的途徑;并從改變插補周期及多軸聯(lián)動方式入手,突破傳統(tǒng)數(shù)控的插補控制模式,提出了全新的高平穩(wěn)運動控制方案——隨機周期獨立軸自適應(yīng)插補控制,為改善此類數(shù)控設(shè)備的運動平穩(wěn)性提供了理論依據(jù)和全新途徑。運動控制控制器

(5)借鑒軟件引擎的思想,通過對數(shù)控系統(tǒng)功能、算法和結(jié)構(gòu)的抽象分析,提出了基于模塊、框架和腳本的數(shù)控引擎,并從基礎(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)建、增強系統(tǒng)構(gòu)建、創(chuàng)新系統(tǒng)構(gòu)建和特殊運動控制系統(tǒng)構(gòu)建等方面探討了數(shù)控引擎的工程應(yīng)用方法,能有效兼顧數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行效率、開放性和持續(xù)發(fā)展性的統(tǒng)一。所提出的高平穩(wěn)數(shù)控運動控制算法在高檔數(shù)控系統(tǒng)和對平穩(wěn)性有特殊要求的場合具有通用意義?；趯ζ椒€(wěn)性運動控制有典型要求的金屬和非金屬數(shù)控銑雕機系統(tǒng)樣機平臺,驗證了論文所提出算法的工程有效性以及軟件引擎系統(tǒng)的可行性。論文研究成果為新一代高性能數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)奠定了良好的理論和工程開發(fā)基礎(chǔ)。