NC指令解釋的高次可微分算法及其實驗研究.pdf

1、數(shù)控裝備是一種典型的機電系統(tǒng)，是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)。目前，組成數(shù)控裝備的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機械系統(tǒng)處于獨立研究和發(fā)展?fàn)顟B(tài)，忽視了彼此之間的內(nèi)在聯(lián)系及相互影響，不利于數(shù)控裝備整體性能的進一步提高。本文從機電一體化全局優(yōu)化設(shè)計的角度出發(fā)，從NC指令解釋、伺服控制系統(tǒng)及被控機構(gòu)三者之間的內(nèi)在聯(lián)系分析入手，對面向軌跡控制NC指令解釋的輸出信息對時間域的高次可微分算法及同周期多軸控制系統(tǒng)展開研究。（為便于表述，文中將“NC指令解釋的輸出信息對時間

2、域的高次可微分”簡寫為“NC指令解釋高次可微分”，即文中所指的NC指令解釋具有高次可微分性，均指NC指令解釋的輸出信息對時間域具有高次可微分性。）
　　論文從數(shù)控裝備整體性能優(yōu)化角度出發(fā)，建立被控機構(gòu)動力學(xué)模型，利用該模型對被控機構(gòu)的無誤差軌跡跟蹤進行研究，分析出基于無誤差軌跡跟蹤模型的NC指令解釋應(yīng)具有高次可微分的性質(zhì)，并對其展開深入研究；在此基礎(chǔ)上，考慮伺服系統(tǒng)時序特征，給出基于加速度信息的圓弧逼近軌跡曲線插補方法；（以上研究

3、的實現(xiàn)，是以同周期控制為前提的。）最后，給出實現(xiàn)NC指令解釋高次可微分性及同周期控制的有效途徑。
　　在軌跡規(guī)劃中由于位置、速度和加速度需同時滿足邊界條件，因此當(dāng)采用插補周期對速度曲線進行離散化處理時將會存在精度損失，針對該問題，論文提出了減速階段雙加速度處理直線加減速控制算法，并基于該算法提出了移動平均加減速控制算法，滿足對速度和加速度曲線進行平滑控制的要求，通過對該算法進行擴展，實現(xiàn)了NC指令解釋的高次可微分性；同時，提出算法

4、的位置不變性推論，并利用數(shù)學(xué)推導(dǎo)對算法的位置不變性及推論和高次可微分性進行了證明。此外，為了解決算法在單片機中進行數(shù)據(jù)處理時所帶來的精度損失問題，實現(xiàn)系統(tǒng)的高性能控制，對浮點數(shù)-整數(shù)(F-I)混合數(shù)據(jù)處理方法進行了研究。最后，利用提出的加減速控制算法對基本輪廓曲線進行指令解釋，并對基本輪廓曲線NC指令解釋的高次可微分性進行仿真，證明了論文提出算法的有效性。
　　為實現(xiàn)NURBS曲線高次可微分性控制指令的生成，論文采用提出的NC指令

5、解釋高次可微分加減速控制算法對NURBS曲線進行插補算法研究。利用位置不變性推論，對直線加減速處理后所獲得的連接點和極值點附近插補點的速度及位置進行相應(yīng)調(diào)整，使其在進行移動平均處理后不影響系統(tǒng)插補性能。根據(jù)調(diào)整后的信息對曲線進行區(qū)間劃分，并對各區(qū)間直線加減速控制算法的速度分布類型進行研究，完成預(yù)插補信息的生成。在實時處理階段，論文利用預(yù)插補信息采用移動平均處理方法實現(xiàn)對曲線控制指令的生成，對算法實現(xiàn)流程進行設(shè)計，并通過實例仿真證明NUR

6、BS曲線指令解釋的高次可微分性，同時也證明了算法的可行性。
　　論文對同周期多軸控制系統(tǒng)軟件構(gòu)架進行了設(shè)計，建立了NC指令解釋同周期多軸控制實驗系統(tǒng)，基于實驗室已研制成功的交流永磁同步伺服驅(qū)動器，分別對控制系統(tǒng)的主控卡（數(shù)控系統(tǒng)）、從控卡（伺服驅(qū)動系統(tǒng)）、集成供電電源卡及并行通訊接口卡進行了研究，為同周期控制的實現(xiàn)提供保證。通過在伺服控制器與數(shù)控系統(tǒng)之間采用雙端口RAM進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑ＷC了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率

7、；并對指令傳輸協(xié)議進行了研究，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃M行了驗證。
　　綜合上述研究結(jié)果，論文對同周期多軸控制系統(tǒng)進行實時性、指令解釋的高次可微分性及指令解釋與編碼器數(shù)據(jù)反饋進行了實驗驗證。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)指令解釋的高次可微分性及同周期控制，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)對指令很好的跟蹤，從而進一步驗證了算法設(shè)計前期理論分析的正確性及對加減速控制算法、插補算法設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計的有效性。本文的研究工作也將為數(shù)控系統(tǒng)進一步深入研究提供可以借鑒的理論