專利名稱：加減速控制裝置及加減速控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CNC (Computer Numerical Control,計算機(jī)數(shù)字控制)機(jī)床的加減速 控制裝置及加減速控制方法。
背景技術(shù)：
CNC機(jī)床是利用CNC系統(tǒng)結(jié)合機(jī)床機(jī)械動作，并借著輸入加工指令以使機(jī)床對加工件的動 作進(jìn)行控制。而由于目前對于機(jī)床的功能性要求越來越高，除了要求計算機(jī)體積及驅(qū)動設(shè)備 更加縮小外，也希望其加工精度能越來越高。
所以當(dāng)加工速度的變化率過大時，需要利用一控制系統(tǒng)做一加減速的規(guī)劃，使CNC機(jī)床 有一個較平滑的加工速度曲線，來達(dá)到提升加工的精度。所以加減速規(guī)劃控制為目前CNC機(jī) 床所要研發(fā)的重要項目之一。傳統(tǒng)CNC機(jī)床使用的后加減速法是將插值運(yùn)算后的速度脈沖從 梯形曲線整形成鐘型曲線，達(dá)到加速度與急沖度(Jerk)曲線較為平順的效果，來提升加工精 度，其具體內(nèi)容，請參照圖l。 CNC機(jī)床l具有一輸入單元ll、 一移動單元12及一驅(qū)動單元13 ;移動單元12連接于該輸入單元11及該驅(qū)動單元13之間；該輸入單元ll接收一速度命令信號 D1并將其轉(zhuǎn)換成一速度脈沖信號D2(如圖2A所示)。該移動單元12具有串聯(lián)連接的一第一濾波 器121、 一第二濾波器122及一第三濾波器123。該第一、第二及第三濾波器121、 122、 123分 別為一FIR (Finite Impulse Response,有限長沖激響應(yīng))濾波器，分別具有多個權(quán)重值 K0—Kn-l及多個緩存器R0—Rn-1 (如圖2B所示)。該第一濾波121將其緩存器R0—Rn-1內(nèi)的速 度脈沖信號D2與其對應(yīng)的權(quán)重值K0—Kn-l分別相乘后加總，并除以緩存器的個數(shù)n，得到一 第一速度脈沖信號Vl并傳送給第二濾波器122的緩存器R0—Rn-1;該第二濾波器122將其緩存 器RO—Rn-l內(nèi)的第一速度脈沖信號Vl與其對應(yīng)的權(quán)重值KO—Kn-l分別相乘后加總，并除以緩 存器的個數(shù)n，得到一第二速度脈沖信號V2并傳送給第三濾波器123的緩存器R0—Rn-l;該第 三濾波器123將其緩存器R0—Rn-l內(nèi)的第二速度脈沖信號V2與其對應(yīng)的權(quán)重值K0—Kn-l分別 相乘后加總，并除以緩存器的個數(shù)n，即可得到一加減速脈沖信號D3(如圖2C所示)。
該移動單元12借助該第一濾波器121、該第二濾波器122及該第三濾波器123將該速度脈 沖信號D2進(jìn)行加減速規(guī)劃轉(zhuǎn)換為加減速脈沖信號D3。該驅(qū)動單元13則將該加減速脈沖信號 D3經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳送至馬達(dá)14，來控制馬達(dá)14的運(yùn)轉(zhuǎn)。
上述加減速規(guī)劃借助移動平均法將該輸入單元l l插值運(yùn)算后的速度脈沖信號D2的方形曲線規(guī)劃成加減速脈沖信號D3的鐘型曲線，即該第一濾波器121接收該速度脈沖信號D2后，于 每一個取樣時間T內(nèi)的速度脈沖信號D2分別與各權(quán)重值K0—Kn-l相乘再相加，再經(jīng)過收斂后 得到第一速度脈沖信號V1 (圖3中的A曲線)；再將該第一速度脈沖信號V1傳送至第二濾波器 122，而第二濾波器122及第三濾波器123也分別使用移動平均法以分別得到該第二速度脈沖 信號V2(圖3中的B曲線)及該加減速脈沖信號D3(圖3中的C曲線)，即總共使用三次移動平均法 ，使速度脈沖信號D2轉(zhuǎn)換成加減速脈沖信號D3。
如圖3所示，對于使用移動平均法而言，每使用一次時，便會使信號整體落后一倍的加 減速規(guī)劃時間Tn(如圖3所示)，而曲線A、 B及C分別為經(jīng)過第一次、第二次及第三次移動平均 法后的速度曲線，意即該CNC機(jī)床1經(jīng)過3倍的加減速速度規(guī)劃時間(即3Tn)才會到達(dá)成，且無 法依加工情況改變加減速脈沖信號D3曲線的形狀，除了設(shè)定加減速度時間，并無其它使用彈 性。此外，此種方法也會產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差；且急沖度(Jerk)的曲線的尖峰E也較為尖銳(圖4所 示)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種僅使用一次加減速速度規(guī)劃便可實(shí)現(xiàn)加減速控制的加減 速控制裝置及加減速控制方法。
一種加減速控制裝置，用來對一CNC機(jī)床進(jìn)行加減速控制，其包括
一插補(bǔ)運(yùn)算器，用于對一速度命令進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，并輸出一脈沖速度； 一移動單元，包 括一運(yùn)算濾波器，該運(yùn)算濾波器包括多個緩存器，每一緩存器分別存儲一權(quán)重值，該移動單 元利用一第一函數(shù)根據(jù)該脈沖速度及這些緩存器的權(quán)重值計算得出一加減速脈沖；及一驅(qū)動 轉(zhuǎn)換單元，用于將該加減速脈沖轉(zhuǎn)換成一驅(qū)動信號，以驅(qū)動一馬達(dá)。
一種加減速控制方法，是利用一加減速控制裝置對一CNC機(jī)床進(jìn)行加減速控制，該加減 速控制裝置包括依次連接的一插補(bǔ)運(yùn)算器、 一移動單元及一驅(qū)動轉(zhuǎn)換單元，該移動轉(zhuǎn)換單元 包括一運(yùn)算濾波器，該運(yùn)算濾波器包括多個緩存器，每一緩存器分別存儲一個權(quán)重值，該加 減速控制方法包括以下步驟
該插補(bǔ)運(yùn)算器對一速度命令進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，并輸出一脈沖速度；該移動單元接收該脈沖 速度并利用一第一函數(shù)根據(jù)該脈沖速度及這些緩存器的權(quán)重值計算得出一加減速脈沖；及該 驅(qū)動轉(zhuǎn)換單元將該加減速脈沖轉(zhuǎn)換成一驅(qū)動信號，以驅(qū)動一馬達(dá)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明加減速控制裝置的移動單元將該脈沖速度與由該第二函數(shù)計 算得到的各權(quán)重值經(jīng)由該第一函數(shù)式計算可直接得到該加減速脈沖。不僅只需使用一次加減 速度規(guī)劃，就可達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)三次移動平均法的效果，更因權(quán)重值是由第二函數(shù)式計算而得，所以使急沖度曲線較為圓滑，進(jìn)而達(dá)到加工精密度及產(chǎn)品質(zhì)量的提升。


圖1是現(xiàn)有加減速控制裝置的示意圖。
圖2A是圖1中的加減速控制裝置的脈沖速度的示意圖。
圖2B是圖1中的加減速控制裝置的移動單元的示意圖。
圖2C是圖1中的加減速控制裝置輸出的加減速脈沖的示意圖。
圖3是圖1中的加減速控制裝置的加減速脈沖的曲線圖。
圖4是圖1中的加減速控制裝置的急沖度的曲線圖。
圖5是本發(fā)明加減速控制裝置的較佳實(shí)施方式的示意圖。
圖6是圖5的加減速控制裝置的移動單元的示意圖。
圖7是圖5的加減速控制裝置的移動單元接收的脈沖速度的示意圖。
圖8是圖5的加減速控制裝置的移動單元輸出的加減速脈沖的示意圖。
圖9是本發(fā)明加減速控制裝置的較佳實(shí)施方式的第二函數(shù)的曲線圖。
圖10是本發(fā)明加減速控制裝置的較佳實(shí)施方式的加速度的曲線圖。
圖ll是本發(fā)明加減速控制裝置的較佳實(shí)施方式的急沖度的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
請參照圖5所示，本發(fā)明加減速控制裝置的較佳實(shí)施方式用來對一CNC機(jī)床進(jìn)行加減速規(guī) 劃，其包括依次連接的一插補(bǔ)運(yùn)算器21、 一移動單元22、 一驅(qū)動轉(zhuǎn)換單元23及一可驅(qū)動一刀 具或一工作平臺25的馬達(dá)24。
該插補(bǔ)運(yùn)算器21用來接收一速度命令S1，且將該速度命令S1經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算后得到一脈沖速 度^(如圖7所示)；該移動單元22包括一運(yùn)算濾波器221，用以接收該脈沖速度^;如圖6 所示，該運(yùn)算濾波器221包括多個緩存器2212，這些緩存器2212分別具有一不同的權(quán)重值 ^、 ftA…Ww。該運(yùn)算濾波器221利用一第一函數(shù)將該脈沖速度^與各權(quán)重值^、 ^ …肌-1，進(jìn)行計算得到一加減速脈沖「'M如圖8所示)，這些權(quán)重值^、吸…肌-i由一第 二函數(shù)/00在一個加減速規(guī)劃時間Tn內(nèi)取樣求值得到。在本實(shí)施方式中，該第一函數(shù)的表 達(dá)式為
其中^ A^」為經(jīng)該第一函數(shù)式運(yùn)算后的加減速脈沖；"^"—;」為與這些權(quán)重值相對應(yīng)
的脈沖速度；/1^為權(quán)重值^、 W…^^-i; w ; n代表緩存器2212的個數(shù)，將/(;)除以^的目的是將權(quán)重標(biāo)準(zhǔn)化(normalize)，使權(quán)重的總和為l。該第二函數(shù)/(力的
曲線形狀即為該加減速脈沖「、的曲線形狀，且該第二函數(shù)/(力在實(shí)施上，可以是一高斯 分布函數(shù)(如圖9所示)， 一極值分布函數(shù)(圖未示)或其它形狀與該加減速脈沖信號的曲線形
狀相對應(yīng)的函數(shù)。本實(shí)施方式中，該第二函數(shù)y^)是一高斯分布函數(shù)。 該高斯分布函數(shù)的表達(dá)式為
其中o為一標(biāo)準(zhǔn)差、y為一期望值及n為緩存器個數(shù)，意即在n個取樣時間T對該高斯 分布函數(shù)進(jìn)行取值，則借助高斯分布函數(shù)計算可得到n個權(quán)重值^、 W…^^-i。請再參照 圖5，該驅(qū)動單元23將該加減速脈沖「、轉(zhuǎn)換為一驅(qū)動信號S2輸出至該馬達(dá)24以控制該馬達(dá) 24的轉(zhuǎn)速及方向。該驅(qū)動信號S2可為一脈波值或一電壓值。
為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚，以下將列舉一實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)說明。請參照圖9第二函數(shù)的 圖形，當(dāng)取n為ll，標(biāo)準(zhǔn)差。為2，期望值y為5，而在11個取樣時間T內(nèi)，該運(yùn)算濾波器 221藉由該第二函數(shù),(力(高斯分布函數(shù))計算得到11個權(quán)重值^、 ^…^^，在此舉其 中3個權(quán)重值^、 ^^及^。為例，其中^及^。為0. 00876415， ^^權(quán)重值為0. 199477114
請參照圖8，在一總加減速度規(guī)劃時間Ta內(nèi)，分成35個取樣時間T，該運(yùn)算濾波器221將 該脈沖速度^及各權(quán)重值^、 ^…^。代入該第一函數(shù)式中進(jìn)行計算得到的該加減速規(guī) 劃曲線「'、為一較平滑的曲線。本實(shí)施方式中，可依據(jù)不同加工條件而使用不同函數(shù)參數(shù) (如o及y )以進(jìn)行加減速規(guī)劃，進(jìn)而提升加工精密度及產(chǎn)品質(zhì)量。
另外，請同時參照圖10與圖11，將相同的脈沖速度^輸送至本實(shí)施方式的運(yùn)算濾波器 221進(jìn)行加減速規(guī)劃得到的加減速脈沖「'i的曲線F，與現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)三次移動平均法得到的加 減速脈沖曲線G相同(如圖10所示)，而本實(shí)施方式得到的急沖度曲線的尖峰H較現(xiàn)有技術(shù)的急 沖度曲線的尖峰E更加圓滑(如圖11所示)。
所以本實(shí)施方式僅需借助一次加減速度規(guī)劃，即經(jīng)一次權(quán)重分配就可得到與現(xiàn)有技術(shù)相 同的效果，而且加工后的產(chǎn)品的表面質(zhì)量較高。
權(quán)利要求
1.一種加減速控制裝置，用來對一CNC機(jī)床進(jìn)行加減速控制，其包括一插補(bǔ)運(yùn)算器，用于對一速度命令進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，并輸出一脈沖速度；一移動單元，包括一運(yùn)算濾波器，該運(yùn)算濾波器包括多個緩存器，每一緩存器分別存儲一權(quán)重值，該移動單元利用一第一函數(shù)根據(jù)該脈沖速度及這些緩存器的權(quán)重值計算得出一加減速脈沖；及一驅(qū)動轉(zhuǎn)換單元，用于將該加減速脈沖轉(zhuǎn)換成一驅(qū)動信號，以驅(qū)動一馬達(dá)。
2.如權(quán)利要求l所述的加減速控制裝置，其特征在于，該第一函數(shù)的表達(dá)式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中「4^為加減速脈沖；7^為每一緩存器的權(quán)重值；n為緩存器個數(shù)；^為/(;)的總和；「4"1—"為脈沖速度。
3.如權(quán)利要求l所述的加減速控制裝置，其特征在于，這些權(quán)重值 由一與該加減速脈沖曲線形狀相對應(yīng)的第二函數(shù)得出，該第二函數(shù)為一高斯函數(shù)，該高斯函 = _i_e ^數(shù)的表達(dá)式為 <formula>formula see original document page 2</formula>其中/(力為權(quán)重值、。為一標(biāo)準(zhǔn)差、y為一期望值及n為取樣時間的個數(shù)。
4.如權(quán)利要求l所述的加減速控制裝置，其特征在于，這些權(quán)重值由一與該加減速脈沖曲線形狀相對應(yīng)的第二函數(shù)得出，該第二函數(shù)是一極值分布函數(shù)。
5.如權(quán)利要求l所述的加減速控制裝置，其特征在于，該驅(qū)動信號 為一脈波值或一電壓值。
6. 一種加減速控制方法，是利用一加減速控制裝置對一CNC機(jī)床進(jìn) 行加減速控制，該加減速控制裝置包括依次連接的一插補(bǔ)運(yùn)算器、 一移動單元及一驅(qū)動轉(zhuǎn)換 單元，該移動轉(zhuǎn)換單元包括一運(yùn)算濾波器，該運(yùn)算濾波器包括多個緩存器，每一緩存器分別 存儲一個權(quán)重值，該加減速控制方法包括以下步驟該插補(bǔ)運(yùn)算器對一速度命令進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，并輸出一脈沖速度；該移動單元接收該脈沖速度并利用一第一函數(shù)根據(jù)該脈沖速度及這些緩存器的權(quán)重值 計算得出一加減速脈沖；及該驅(qū)動轉(zhuǎn)換單元將該加減速脈沖轉(zhuǎn)換成一驅(qū)動信號，以驅(qū)動一馬達(dá)。
7.如權(quán)利要求6所述的加減速控制方法，其特征在于，該第一函數(shù)的表達(dá)式為 J，其中「4^為加減速脈沖；7^為權(quán)重值；n為緩存器個數(shù)；^為/(;)函數(shù)總和；「4^—"為與這些權(quán)重值相對應(yīng)的脈沖速度。
8.如權(quán)利要求6所述的加減速控制方法，其特征在于，這些權(quán)重值由一與該加減速脈沖曲線形狀相對應(yīng)的第二函數(shù)得出，該第二函數(shù)為一高斯分布函數(shù)，該高斯分布函數(shù)的表達(dá)式為 /2jr ，其中。為一標(biāo)準(zhǔn)差、y為一期望值及n為取樣時間 的個數(shù)。
9.如權(quán)利要求6所述的加減速控制方法，其特征在于，這些權(quán)重值 由一與該加減速脈沖曲線形狀相對應(yīng)的第二函數(shù)得出，該第二函數(shù)式是一極值分布函數(shù)。
10.如權(quán)利要求6所述的加減速控制方法，其特征在于，該驅(qū)動單元 可將該驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為一脈波值或一電壓值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種加減速控制裝置，用來對一CNC機(jī)床進(jìn)行加減速控制，其包括一插補(bǔ)運(yùn)算器，用于對一速度命令進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，并輸出一脈沖速度；一移動單元，包括一運(yùn)算濾波器，該運(yùn)算濾波器包括多個緩存器，每一緩存器分別存儲一權(quán)重值，該移動單元利用一第一函數(shù)根據(jù)該脈沖速度及這些緩存器的權(quán)重值計算得出一加減速脈沖；及一驅(qū)動轉(zhuǎn)換單元，用于將該加減速脈沖轉(zhuǎn)換成一驅(qū)動信號，以驅(qū)動一馬達(dá)。可達(dá)到加工精密度及產(chǎn)品質(zhì)量的提升。本發(fā)明還提供一種加減速控制方法。
文檔編號G05B19/416GK101609326SQ20081030226
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者邱志豪, 金岳勳 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;賜福科技股份有限公司