第7章加减速控制原理docxWord格式.docx
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机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理就是根据编程的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。
•程序计时法（软件延时法）
•时钟中断法
根据要求的进给速度F,求出与之对应的脉冲频率
计算出两个进给脉冲的时间间隔（插补周期）T：
在控制软件中，只要控制两个脉冲的间隔时间八就可以方便地实现速度控制。
UCJ
插补周期卩通常由插补运算时间匕和程序计时时间与两部分组成。
举例：
已知系统脉冲当量5=0加加脉冲，进给速度
F=300mm/min,插补运算时间tch=0.1ms,延时子程序延时时间为ty=0.1msf求延时子程序循环次数。
程序计时时间：
tj=T—tch=1.9（ms）循环次数：
n=tj/ty=19
基准脉冲法进给速度控制和加减速度控制
程序计时法比较简单，但占用CPU时间较长，适合于较简单的控制过程。
用中断的方法，每隔规定的时间（插补周期）向CPU发出中断请求，在中断服务程序中进行一次插补运算，并发出一个进给脉冲。
因此改变中断请求信号的频率，就等于改变了进给速度。
■XJ
中断请求信号可通过F指令控制的脉冲信号源产生，也可通过可编程计数器/定时器产生。
精密、实时、并行，适合于较复杂的控制过程。
基准脉冲法进给速度的加减速控制
・步进电机的启动频率比其最高运行频率低得多，为了减少定位时间，通过加速使电机逐渐接近最高速度运行。
・随着目标位置的接近，为使电机平稳停止，需使频率降下来。
・步进电机开环控制系统过程中，运行速度都需要有—个加速-恒速-减速-低恒速-停止的过程。
数据采样法进给速度控制
・数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件
的闭环和半闭环数控系统中。
・数据采样插补是根据用户程序的进给速度F,将给定轮廓曲线
分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长4L：
式中，F—程编给出的合成进给速度（tntn/tnin）；
T—插补周期（咖）；
AL-每个插补周期小直线段的长度（“加）o
•数据采样法进给速度控制
・数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件的闭环和半闭环数控系统中。
・数据采样插补是根据用户程序的进给速度F（mm/min）,将给定轮廓曲线分割为每一插补周期7■（加s）的进给段，即轮廓步长4L（“加）:
A7>
=—
60
・根据4L计算出下一个周期各
个坐标的进给量，如4兀、Ay等，从而得出下一插补点的指令位置。
・数据采样插补是根据用户程序的进给速度F（mm/min）,将仏宀於曲岛型△主il%竝一坛孤田甘口丁Wit仏毎
数据采样法进给速度的加减速控制
・当设备起动、停止或加工过程中改变进给速度时，系统应自动进行加减速处理。
・在CNC系统中，加减速控制多采用软件实现。
软件实现的加减速控制可以放在插补前，也可放到插补后。
-前加减速控制：
插补前进行
插补前沿轨迹方向对速度进行加减速控制。
-后加减速控制：
插补后进行
插补后根据各轴到终点的坐标方向上的差值，对速度进行加减速控制。
•前加减速控制一基本概念
原理：
根据速度确定一个插补周期丁的轮廓步长
AL=—FT
■特点：
・优点：
仅对合成速度F进行控制，不会造成额外的轨迹误差；
不影响插实际插补输出的精度
Ki
・缺点：
需要较复杂的沿弧长方向的路径计算；
要根据实际刀具位置与程序段终点之间的距离预测减速点，预测工作的计算量较大。
•前加减速控制一基本概念稳定速度和瞬时速度
・稳定速度：
指系统处于进给状态时，一个插补周期的进给量。
成一稳定速度，表示单位插补周期内的进给的长度，mm插补周期，ms
F—命令速度，mm/min
K—速度系数，包括快速倍率.切削进给倍率等
■稳定速度和瞬时速度
TKF人-60x1000
・稳定速度计算后，进行速度的极限检验，如果稳定速度超过由系统参数设定的极限速度，则取设定的极限速度为稳定速度。
插补周期一般一定（System-7系统T=8ms）。
为保证不超差，一定的圆弧半径，与之对应的最大进给速度限定。
rTKF
60x1000
K—速度系数，包括快速倍率、切削进给倍率等
・瞬时速度厲）：
系统在每个插补周期的进给量。
-稳定状态时：
fi=fs
-加速时：
fi<
fs
-减速时：
fi>
fs
•前加减速控制一线性加减速处理
・薜鬣速度按一定斜率直线上升；
停止时，速度按一定斜率直
加减速速率a作为机床的参数预先设置好。
a=1.67X102F/t
式中：
F—进给速度（mm/min）；
t—加速时间（处）；
a—加速度（“w/伽£
尸）o
系统每插补一次都要进行稳定速度、瞬时加速和加速/减速处理。
•前加减速控制一线性加减速处理■加速处理
当计算出的稳定速度厂S大
于原来的稳定速度时，则要加速，瞬时速度为：
fi+l=fi^T
新的瞬时速度九参加插补计算，即计算41,然后对各坐标轴进行分配。
图7・4线性加速处理原理框图
4S：
提前减速量，预先设置参数
出口
•前加减速控制一线性加减速处攀■减速处理
减速时的瞬时速度为：
fi+i=fr^T
新的瞬时速度£
•+,参加插补计算，对各坐标轴进行分配。
■减速区域S：
S=£
-+AS
2a
图7・5线性减速处理原理框图
■减速处理
在每次插补运算结束后，系统都要根据求出的各轴的插补进给量，来计算刀具中心离开本程序段终点的距离，进行终点判别，并需检查是否已达到减速区域并开始减速。
•直线插补的&
计算
cosa
弧插补的&
弧插补时的计算分圆弧所对应圆心角小于希和大于；
r两种情况。
计算一圆弧所对应圆心角小于龙瞬时点A离圆弧终点P的直线距离越来越小：
AM|=|x—
\MP\=\y-yi
Si=\AP\=\MP[—=\y-y{
i
y
1
w
P（x,y）
a）圆心角小于龙
■mi
计算一圆弧所对应圆心角大于龙
A点为圆弧起点，C点为离终点的弧长所对应的圆心角等于;
r
•前加减速控制一线性加减速处理
图7-8终点判别处理原理图
•前加减速控制
不影响插实际插补输出的精度。
7.1进给速度的控制方法
•后加减速控制
插补后根据各轴到终点的坐标方向上的差值,对速度进行加减速控制。
:
・'
征点：
对各运动轴分别进行加减速控制，不需要专门预测减速点，而在插补输出为0时开始减速，并通过一定的时间延迟逐渐靠近程序段的终点。
由于坐标轴分别控制，所以在加减速控制中各坐标轴的实际合成位置可能不准确，但仅在加速与减速过程才会有，匀速状态时，影响不存在。
♦后加减速控制一常用
•直线加减速控制
启动时，速度按一定斜率
直线上升;
停止时，速度按一定斜率直线下降；
•指数加减速控制启动或停止时的速度随着时间按指数规律上升或下降
•后加减速控制一常用
・加速过程
・加速过渡过程
・匀速过程
・减速过渡过程・减速过程
KL：
加减速的速度阶跃因子
■直线加减速控制
输入速度叫与输出速度之差卩口大于KL时，使输出速度增加KL
v—v^+KL
当输入速度叫大于％Z，但差值小于KL：
v~vc
vi=vi-i
・减速过渡过程
当输入速度叫小于％Z，但差值小于KL：
・减速过程
输入速度叫与输出速度之差帕小于KL时，使输出速度减小K1
v=vbl-KL
v（t）
•指数加减速控制
•加速时
v（t）=vc（l-e丁）
t
•匀速时
r（t）=ve
•减速时
v（t）=vce
（加速
｛匀速
〔减速
At；
采样周期，对加减速运算进行控制误差寄存器巳对每个采样周期的输入速度％和输出速度哒行累加
@7-10指数加减速控制原理
假设初值岭、E为0。
则第i个采样周期：
Ei
k=0
”1
Vi=Ei~
4r足够小时：
E（t）=\t（v0-v（t））dt
J0
v（t）=^E（t）
两边求导:
dv（t）1dE（t）
dtTdt
Tdv（t）dt
=vc-v（t）
合并整理:
dv（t）_dt人一"
QT
两端积分:
-r（0）
加速时：
"
（0）=0
v（t）=vc（l-eT）
匀速时：
t—g
y（t）=vc
减速时：
cT0
注意：
无论是直线加减速控制还是指数加减速控制，必须保证生产系统不产生失步和越程，即在整个加速和减速过程中，输入到速度控制器的总位移之和必须等于该控制器实际输出的位移之和。
即保证区域OPA的面积等于区域DBC的面积。
•后加减速控制一新型
运行过程可分为7段：
加加速段（匚）、匀加速段（&
）、减力口速段（忌、匀速段（匚）、加减速段（卩）、匀减速段（丁6）、减减速段（7＞）
♦后加减速控制一新型
S曲线加减速控制一优势
克服直线加减速和指数加减速在启动和减速结束时存在的加速度突变而造成的冲击，适合用于高速数控系统。
s曲线加减速控制一设计
S
・电机正转和反转
最大加速度相同八
A-n
nmax^^max片
•••
T4T5Xt7
・特性时间常数：
U—电机加速度从0•/丁
到最大或从最大'
2到0的时间，以％表示。
丁7二%=~^5=丫7=Tm
・加加速度J
J1=J3=J5=J7=Amax/rm
•电机正转和反转最大加速度相同V
A-D
小max—vmax片
>
%大，加减速时间长,
柔性大；
%小，加减速时间短,
冲击大。
•特性时间常数：
电机加速度从0到最大或从最大到0的时间，以％表示。
・只需三个基本参数就可确定整个运行过程:
-系统最大速度：
vmax
-最大加速度：
Amax
（7-24）
（7-39）
-加加速度：
J
■数据采样法进给速度的加减速控制
软件实现的力减速控制可以放在插补前，也可放到插补后。
-前加减速控制+后加减速控制：
二次插补算法的进给速度控制
图7・3前后加减速示意图
二次插补算法一提出
・由于计算机软件运算速度的限制，使用脉冲增量插补算法所得到的数控机床进给运动的精度和速度都比较低。
・应用数据采样插补算法可得到较高的运动速度和精度，但通常应用此算法所得数字增量只适合于闭环控制系统。
・二次插补：
插补是分两步完成的，即粗插补和精插补。
III
-第一步为粗插补：
它是在给定起点和终点的曲线之间插入若干个点，即用若干条微小直线段来逼近给定曲线，粗插补在每个插补计算周期中计算一次。
这一步相当于数据采样插补。
-第二步为精插补：
它是在粗插补计算出的每一条微小直线段上再做“数据点的密化”工作，将小线段分成单个脉冲输出。
这一步相当于对直线的脉冲增量插补。
■二次插补算法一实现
•粗插补与精插补相结合的方法，粗插补由软件实现；
精插补由硬件完成。
•该方法可应用于步进开环数控系统和脉冲式全数字交流伺服系统，大大提高了系统的性能指标，即实时性和可靠性。
•这种算法主要应用于多轴联动、机械手、机器人等运动控制的设计。
•举例：
为了提高刀具运动的线速度，节省CPU的时间，FANUC6系统采用粗插补与精插补结合的方法,粗插补由软件完成，周期为8ms,硬件完成精插补。
速度计算确定一个插补周期7的轮廓步长是多轴联动的合成进给量4L,为粗插补。
根据可计算出各轴进给量和供精插补。
•进给速度控制的目的（数控设备的进给速度要求）
•进给速度的控制方法一算法和特点
基准脉冲法进给速度控制一开环数控系统
・程序计时法（软件延时法）
・时钟中断法
数据采样法进给速度控制一闭环和半闭环数控系统
•进给速度的加减速控制方法
基准脉冲法进给速度的加减速控制过程（曲线）数据采样法进给速度的加减速控制
・前加减速控制：
目的、优缺点、方法和过程（曲线）
•二次插补算法：
目的、应用
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