面向数控系统的非线性运动控制插补算法的研究及实现

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数控加工精度与加减速运动控制、插补算法密切相关,插补算法直接影响控制器的性能。%!(#曲线加工过程中,用小直线段逼近曲线加工时,直线距离短,造成速度波动大,加工误差难以控制。因此,样条曲线插补技术是实现高速高精数控加工的关键因素。同时,随着近年来微电子技术的发展,嵌入式数控系统由于体积小、运算速度快、稳定性高等优点具有广泛的应用前景。本文以2#.3 0嵌入式数控控制器为基本开发平台,开发了一种高性能样条曲线插补算法,具有重要的应用价值。本文首先研究了样条曲线的数学模型,通过对数学模型的研究,给出了采用插值法求取样条曲线的公式。为了更好的应用于嵌入式系统,便于编程,本文还给出了%!(#曲线求取的矩阵表示形式。为了验证算法的正确,利用4开发了图形显示的组件,并进行插值仿真。其次,是对刀位点进行了处理,目前由0,生产的刀位点直接是孤立的、毫无联系的一组数据点。将数据刀位点进行分类,通过识别与剔除,保留了在设置精度范围内,拟合样条曲线需要的基本数据点,去除了不必要的误差点与冗余点,简化了求取条件。同时,考虑到数控系统计算的实时性与最大的承受能力,给出了样条曲线分段的方法,保证样条曲线分段前后图形一致。利用上述算法,对样条曲线进行仿真分析,验证了算法的可行性。第三,在上述技术的基础上给出了利用泰勒级数展开原理求取节点增量实现样条曲线实时插补的方法。通过比较齐次坐标与系数矩阵的插补方式,给出了齐次坐标插补算法与齐次坐标表示式。根据速度、加速度与加工精度的要求,给出了弓高误差的计算方式与控制因素。通过设计直线型加减速算法,达到最终的到位检测。最后将上述算法移植到2#.30控制器上,搭建测试平台,在相同的测试条件下,通过对比圆弧直线插补与样条曲线插补的速度图形,验证了算法的高效性与稳定性。
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