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基于指数曲线加减速控制中减速点的判断与计算 关键词：指数曲线，减速点，加减速控制 1? 引言现代化工业缝纫机在运动控制器的控制精度、效率、可靠性和经济性等方面提出了越来越高的要求,定位精度是工业缝纫机设备的一项重要指标,它综合反映了缝纫机构件和控制系统的精度及动态特性,影响定位精度的因素有多方面,加减速算法对数控系统的定位也有十分重要的影响。在控制算法中可以采用适当的加减速曲线算法来改善速度与精度之间的矛盾。数控系统常采用的加减速曲线有直线型、指数型和S型三种加减速曲线。一般情况下,系统的控制过程是由加速、匀速、减速和低速定位四个阶段组成,但是,根据步进电机实际运行距离的不同,加减速控制可能只有加速阶段和减速阶段或者不需要进行加减速控制而直接运行,其中减速和低速定位两个阶段对控制系统的定位精度有很重要的影响。 2? 加减速控制中减速点的判断基础指数曲线加减速过程中,根据实际加工花样的加工线段长度的不同,可以把指数曲线加减速分为如下四种情况:①? 短线段加工情况短线段加工的频率曲线如图1(a)所示,该情况下步进电机不需要加减速控制,只需以频率运行。 ②? 中线段加工情况中线段加工的频率曲线如图1(b)和(c)所示,步进电机整个运行过程只有加速和减速阶段。这种情况又可分两种情况:1)速度加速到允许的最高频率后,立即进入减速阶段,如图1(b);2)速度加速到之间某一频率后立即进入减速阶段运行,如图1(c)所示。③? 长线段加工情况长线段加工的频率曲线如图1(d)所示,步进电机由加速阶段、匀速阶段和减速阶段三个阶段构成。该情况下,步进电机以起始频率启动,经过一段加速后频率到达允许的最高频率然后进入匀速阶段运行一段,最后经过一段减速过程,让电机平稳地停下来。控制系统在匀速阶段转入减速阶段或直接由加速阶段转入减速阶段的位置称为减速点[1]。如何在不同的运行长度的情况下正确预测减速点,也就成为加减速自动控制中的关键问题。通过理论计算得到的减速点为理论减速点,所得到的减速区域为理论减速区,实际控制中开始减速的位置为实际减速点,所进入的减速区为实际减速区[1]。在进行花样轨迹的加工时,首先需要预测减速点,即计算理论减速点,以确定何时进入减速区。以采用减速算法进行加工,从而保证在系统运行到终点时,速度达到预定值。减速点的预测可以根据当前设置加工速度、加减速规律和系统允许的最大加工速度等相关参数计算。这种方式减速点的判断算法是:根据加减速规律预先计算出减速区长度,根据判断当前点后面的距离是否进入减速区范围来判断,若进入减速区,则下一周期开始减速。 3? 自动判断减速点位置通过图案数据提取数据段的位移量并转化成极坐标的脉冲数(单位:步),加工频率为(单位:步/秒)。实际加工过程加减速受到加工段的脉冲数的影响,减速点出现的情况有如下两种[2]:①? 频率从起始频率加速至指令频率后匀速运行一段时间后开始减速或直接开始减速;②? 频率加速到起始频率和指令频率之间的某一频率后立即开始减速。此时,加速过程能达到的最大频率由实际计算得出。当加速度确定后,在不考虑实际加工频率限制的前提下,加速过程所能达到的最大频率可以计算得出。本文将该情况称为临界情况,其频率、加速度、位移曲线如图2所示: 由如图2可知,频率曲线只有加速阶段和减速阶段。步进电机从起始频率加速到最大频率后立即进入减速阶段,当减速至起始频率后停止,整个过程运行完全部脉冲数界情况下加速阶段运行的脉冲数为在没有考虑指令频率限制的情况下,频率曲线所能到达的极限频率是但在实际加工过程中,指令频率会限制最大频率,假设步进电机加速度为那么从起始频率所运行的脉冲数为减速点位置是根据式(1)和(2)计算出的和的大小来确定。加速过程中频率可以到达运行频率整个过程由加速阶段、匀速阶段和减速阶段组成。频率、加速度、位移曲线如图3所示。 1)? 加速阶段总的脉冲数为加速过程中频率增大到之间的后立即进入减速阶段。整个过程只有加速阶段和减速阶段。频率、加速度、位移曲线如图4所示。 1)? 加速阶段总的步数由上计算出两种情况下的加速步数后,就可以确定减速点的位置。设步进电机减速前运行总步数为则有:当步进电机运行步数到达时,即进入减速区运行,减速过程运行步数为指数曲线加减速过程中对减速点的判断流程如图5所示。 4? 工程应用在实际工程应用中为计算简便,取加速度和减速度相等,即的脉冲数;(2)? 根据当前设定的速度值以及数控控制过程中加工工艺要求的限制计算加速过程运行的脉冲数;(3)? 根据(2)中所得的脉冲数,自动判断减速点位置,确定减速段开始点,完成该段图案数据的指数曲线加减速控制。 5? 结束语本文基于指数加减速模型得出减速点的判断与计算方法。在控制过程中利用该