基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106020122A(43)申请公布日2016.10.12(21)申请号201610442386.0(22)申请日2016.06.17(71)申请人浙江理工大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区2号大街928号(72)发明人杨亮亮沈波胡鑫杰胡建吴达伟(74)专利代理机构浙江翔隆专利事务所(普通合伙)33206代理人戴晓翔(51)Int.Cl.G05B19/4103(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图1页(54)发明名称基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法(57)摘要本发明公开了基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，属于数控系统领域，现有技术的控制方法，两次利用牛顿迭代法求解高阶方程组，并进行二次迭代修正，最终得到符合加工要求的时间规划值。但是直接利用牛顿迭代法求解方程组得到收敛值误差大，需要消耗较长的时间进行修正。根据效率最优原则以及位移、速度、加速度约束条件，对运动的7个不同时间段进行规划。对关于加速度变化时间的一元高次方程进行数学分析，根据它的单调性，构造平方函数，转换为单一凸形函数，进而利用牛顿迭代法求出它的收敛值。本发明解决现有控制方法过程复杂、繁琐问题，提供了一种简洁、高效的轨迹控制方法。CN106020122ACN106020122A权利要求书1/3页1.基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，包括待加工轨迹位移，机器硬件限制条件：最大限制速度、最大限制加速度、最大加加速度，根据机器硬件限制，对轨迹进行时间规划：第一阶段，求待加工轨迹匀加加速度阶段加加速度段时间tj1、加减速度段tj2；第二阶段，求待加工轨迹匀加速度阶段匀加速段ta1、匀减速段时间即ta2值；第三阶段，求待加工轨迹匀速段时间tv1值，其特征在于，根据效率最优原则，对匀加加速度阶段的位移和始末速度方程进行数学分析，化简为一元高次方程，并根据其变化的单调性构造其平方函数，使其转换为单一凸形函数，进而利用牛顿迭代法求出它的收敛值；根据规划出的时间值，求出速度曲线以及起始点，进行插补运算计算出中间点的坐标值，根据坐标值变化向相应坐标输出脉冲信号，控制各执行元件的进给速度、进给方向和进给长度量等，进而完成工件的加工任务。2.如权利要求1所述的基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，其特征在于，求待加工轨迹匀加速度阶段匀加速段ta1、匀减速段时间即ta2值，用ta1表示ta2，得到关于ta1的一元二次方程，求解一元二次方程即可得到ta1的值。3.如权利要求1或2所述的基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，其特征在于，所述一元高次方程为：其中，s为轨迹规划出的加工位移，vs为起始速度，jmax为最大加加速度值，ve为终止速度。4.如权利要求3所述的基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，其特征在于，所述单一凸形函数为：5.如权利要求4所述的基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，其特征在于，所述牛顿迭代法为：2CN106020122A权利要求书2/3页n为牛顿迭代次数的计数量，n＝1，2，3.....。6.如权利要求5所述的基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，其特征在于，在选取迭代初值时，令tj1＝tj2＝tj，可得所述tj计算公式：将tj作为迭代初值。7.如权利要求6所述的基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，其特征在于，对tj1进行速度约束修正，由于规划后最大速度出现在减加速度段结束时，当结束速度取速度约束值vmax时可得到在速度约束条件下tj1所能取得的最大值：再考虑对tj1进行加速度约束修正，加速度最大值出现在加加速度段结束时，当加速度取加速度约束值amax时，可得到在加速度约束条件下tj1所能取得的最大值：为满足所有的约束条件，tj1取三者中的最小值：其中，vmax为最大限制速度，ama为最大限制加速度。8.如权利要求2所述的基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，其特征在于，所述ta1表示ta2：9.如权利要求8所述的基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，其特征在于，所述一元二次方程为：10.如权利要求9所述的基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法，其特征在于，对ta1进行速度约束修正，速度最大值出现在减加速度段结束时，当结束速度取速度约束值vmax时，可得3CN106020122A权利要求书3/3页到在速度约束条件下ta1所能取得的最大值：取两者中的最小值：其中，vmax为最大限制速度。4CN106020122A说明书1/6页基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法技术领域[0001]本发明属于数控系统领域，涉及基于牛顿迭代的数控轨迹控制方法。背景技术[0002]随着技术的飞速发展，开放式的数控系统研究已经成为世界各国数控界研究的热点，而我国目前在这一领域的研究相对落后，尤其是在轨迹规划技术的研究上，与国外还有很大的差距。在机械运动的控制上，运动