自动升降速控制及其软件设计

一、自动升降速控制的必要性及其评价指标

必要性：由于控制系统、驱动系统以及被控对象的电气和机械惯性，使被控对象的速度不能突变。若进给速度不加控制的任其发生突变，必然会产生冲击、振荡或超调、失步等动态误差。

评价指标：

normal style=”MARGIN-LEFT: 47.4pt; TEXT-INDENT: -26.4pt; tab-stops: list 47.4pt; mso-list: l35 level1 lfo60″>（1）升降速规律应保证轨迹精度和位置精度；

normal style=”MARGIN-LEFT: 47.4pt; TEXT-INDENT: -26.4pt; tab-stops: list 47.4pt; mso-list: l35 level1 lfo60″>（2）升降速过程的快速性：将加速度定义为快速性系数

v_{e为目标速度，v0为起始速度，T0为到达所需要的时间，λf越大，快速性越好。}

normal style=”MARGIN-LEFT: 47.4pt; TEXT-INDENT: -26.4pt; tab-stops: list 47.4pt; mso-list: l35 level1 lfo60″>（3）平稳性：加速度越大，冲击力越大，平稳性越差。用最大加速度定义平稳性系数，来描述平稳性。

λ_{f越大，平稳性越差}

normal style=”MARGIN-LEFT: 47.4pt; TEXT-INDENT: -26.4pt; tab-stops: list 47.4pt; mso-list: l35 level1 lfo60″>（4）稳定性：升降速的速度趋近目标速度时，总希望加速度逐步降低，使平稳的趋近目标速度。否则，引起速度的超调。

normal style=”MARGIN-LEFT: 47.4pt; TEXT-INDENT: -26.4pt; tab-stops: list 47.4pt; mso-list: l35 level1 lfo60″>（5）升降速控制算法应尽可能简单，便于编程。

二、各种升降速规律的介绍及分析

1．各种升降速规律简介

 目前CNC系统大多采用线性升降速或指数升降速规律。它们的函数表达式为：

    （1）线性升降速规律

式中，T_{OL为升速时间，T^{‘OL为降速点时间，ve为目标速度。}}

（2）指数升降规律

式中，τ为时间常数，T_{Oe为升速时间，T^{‘Oe为降速点时间。}}

2．对线性规律和指数规律的评价

（1）快速性：在平稳性相同情况下，线性的快速性优于指数。

（2）平稳性：在快速性相同情况下，线性平稳性比指数好。

（3）稳定性：在相同快速性、平稳性的条件下，指数的稳定性优于线性。

   改进规律：自身改进，对线性规律，在不同速度范围，设置多个加速度；对指数规律，设多个时间常数。各规律结合使用线性—指数升降规律。

（4）精度指标：

注意升降速模块在控制中的位置：

前升降速处理：升降速处理在插补之前；

后升降速处理：升降速处理在插补之后。

要保证轨迹精度，应采用前升降速处理。

value=”3″ UnitName=”升” w:st=”on”>三、升 降速控制算法

1．升降速控制算法首先是计算在升降速区间的每个插补周期的进给速度F_{i—-在数字增量插补中，亦为进给量—-fi。}

对于线性规律：指令进给速度—匀速时的速度—为F_{c，加速过程是使进给速度从 value=”0″ UnitName=”升” w:st=”on”>0升 到Fc，减速过程则是从Fc减到0，有：}

加速度a=F/T=常数，一个插补周期的速度增量ΔF=aT，则进给量的增量Δf=ΔFT。那么，某个插补周期i的进给量为：

f_{i=fi-1+Δf       （加速过程）}

f_{i=fi-1-Δf       （减速过程）}

对于指数规律：控制算法为

减速过程

    2．确定降速点

合理确定降速点对升降速控制非常重要，因为：

若降速太晚，由于没有足够的降速距离，可能造成位置超程或速度超调。

若降速太早，由于速度降到0时会没有到达终点位置，必须在到达终点前以很低的速度进给，这样降速时间太长。

不同的系统有不同的降速点判别方法。