專利名稱：切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高速定位運動物體的加減速控制方法，特別是涉及一 種數(shù)控切紙機推紙器高速定位運動的快節(jié)拍點位運動的加減速控制方法。
背景技術：
進入本世紀以后，印刷業(yè)飛速發(fā)展，做為印后處理重要設備的切紙機 行業(yè)也逐漸壯大起來。目前，我國的切紙機廠家已發(fā)展到數(shù)十家，人們對 切紙機數(shù)控系統(tǒng)的定位精度和速度的要求越來越高。切紙機推紙器的運動 大多是快速點位運動，速度往往要比輪廓控制高得多，而且運動的距離大 小不一，因此切紙機數(shù)控系統(tǒng)大多數(shù)時候都在處理小位移、快節(jié)拍的定位。如何進行加減速控制是提高切紙機推紙器高速定位運動控制系統(tǒng)定位精 度、定位速度的關鍵，也是決定切紙機推紙器高速定位運動工作效率的最 主要因素。在以往的點位控制系統(tǒng)中，大多采用梯形加減速控制或指數(shù)加減速控 制。這兩種加減速控制算法從計算的角度來說比較簡單，但是梯形加減速 控制中加速度對時間的函數(shù)不是連續(xù)函數(shù)，在加減速開始和終止位置有加 速度突變，產生柔性沖擊，影響電機和機械系統(tǒng)的使用壽命,僅適用于控制速度較慢且對升降速過程要求不高的場合；指數(shù)加減速控制平滑性比梯形 加減速控制好，只在加減速開始時有加速度突變，但是定位時間較長，只 能用于響應速度要求不高的場合，不能滿足對切紙機推紙器高速定位運動 加減速控制的快速定位要求。s形加減速在任何一點的速度和加速度都是連續(xù)變化的，避免了柔性沖 擊。運動過程中速度平滑性好、精度高，可以大幅度提高電機和機械系統(tǒng) 的使用壽命。但是由于算法復雜，計算量大，適用于控制系統(tǒng)處理速度較 快且對加減速過程要求較高的場合。根據(jù)構成s形加減速控制曲線中曲線類型的不同，s形加減速控制可分 '為三類， 一類是正/余弦s形加減速控制， 一類是拋物線s形加減速控制， 一類是樣條s形加減速控制。與前兩種s形加減速控制方法相比，樣條s 形加減速適合于輪廓控制精度要求很高的場合，但是算法也最為復雜，運 算量非常大。正/余弦函數(shù)連續(xù)可導，因此正/余弦s形加減速控制精度較
高，但對于減速點和最佳速度的計算比較復雜，會對控制速度有一定影響。 拋物線S形加減速控制計算簡單，且能夠滿足加速連續(xù)性，比較適用于高 速點位運動控制。盡管在較大位移時，拋物線S形加減速控制效果很好，但對于切紙機推紙器小位移、高節(jié)拍時定位的加減速控制而言，拋物線s 形加減速控制計算復雜，時間過長，效果不夠理想。為此，對高速定位運 動數(shù)控系統(tǒng)提出一種既能滿足大位移、快節(jié)拍點位運動，又能滿足小位移、 快節(jié)拍點位運動的高精度加減速控制方法，對提高切紙機推紙器高速定位 運動的定位速度和精度具有重要的意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種針對切紙機推紙器高速定位運動快節(jié)拍點 位運動的數(shù)控加減速控制方法，所要解決的技術問題是使其對切紙機推紙 器高速定位運動不僅能實現(xiàn)大位移快節(jié)拍的高速、高精度點位運動，而且 能實現(xiàn)小位移、快節(jié)拍的高速、高精度點位運動。本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下的技術方案來實現(xiàn)的。依 據(jù)本發(fā)明提出的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法，當切紙機推紙器位移量較大時，定位運動釆用S形加減速控制；當切紙機推紙器在小 位移時，定位運動采用半正弦加減速控制。本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可以采用以下的技術措施來進一步 實現(xiàn)前述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法，其中所述的S形 加減速控制包括以下步驟從切紙機推紙器靜止狀態(tài)開始，按照加加速段加速度正向逐漸增大的 速度曲線控制切紙機推紙器的運動速度；按照線性加速段加速度不變的速度曲線控制切紙機推紙器的運動速度；按照減加速段加速度正向逐漸減小的速度曲線控制切紙機推紙器的運 動速度,直至切紙機推紙器的運動速度達到設定最高速度；按照勻速段加速度為0的速度曲線控制切紙機推紙器的運動速度； 按照加減速段加速度反向逐漸增大的速度曲線控制切紙機推紙器的運 動速度；按照線性減速段加速度不變的速度曲線控制切紙機推紙器的運動速度；按照減減速段加速度反向逐漸減小的速度曲線控制切紙機推紙器的運
動速度，直至切紙機推紙器的運動速度降到0 ; 每相鄰的兩段速度曲線之間光滑連接。前述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法，其中所述的加加 速段速度曲線、減加速段速度曲線、加減速段速度曲線和減減速段速度曲 線為拋物線。前述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法，其中所述的設定 最高速度由切紙機推紙器的驅動系統(tǒng)所決定。前述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法，其中所述的半正 弦加減速控制包括以下步驟從切紙機推紙器靜止狀態(tài)開始，按照半正弦加速段加速度從最大正向 加速度正向逐漸減小的半正弦加速曲線控制切紙機推紙器的運動速度，直至 切紙機推紙器的運動速度達到最佳速度；'當切紙機推紙器達到最佳速度時，按照半正弦減速段加速度從最大反 向加速度反向逐漸減小的半正弦減速曲線控制切紙機推紙器的運動速度， 直至切紙機推紙器的運動速度降到0 。前述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法，其中所述的半正 弦加速段時間常數(shù)與半正弦減速段時間常數(shù)相等。前述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法，其中所述的豐正 弦加減速控制的最大加速度由切紙機推紙器伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性決定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上技術方案， 本發(fā)明的主要技術內容為本發(fā)明的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法，當切紙機推紙 器位移量較大時，定位運動采用拋物線S形加減速控制，加減速控制曲線 由光滑連接的加加速段、線性加速段、減加速段、勻速段、加減速段、線 性減速段、減減速段構成；當在小位移運動時，切紙機推紙器最佳速度小 于設定最大速度，定位運動采用半正弦加減速控制，加減速控制曲線由時 間常數(shù)相等的半正弦加速段和半正弦減速段構成，根據(jù)切紙機推紙器伺服 系統(tǒng)性能確定半正弦加減速控制的最大加速度，則最佳速度和減速點可以 很容易由最大加速度和時間常數(shù)決定。與現(xiàn)有的高速定位運動加減速控制方法相比，本發(fā)明的切紙機推紙器 高速定位運動力。減速控制方法具有下述優(yōu)點1、 能夠根據(jù)位移量的大小自動地選擇加減速控制策略，實現(xiàn)不同情況 下的快速準確定位，對于切紙機推紙器的位移量具有寬范圍的適用性。2、 在切紙機推紙器大位移時，采用拋物線型S形加減速控制方法，在
無柔性沖擊的前提下最大限度地提高定位速度，縮短定位時間，并且計算 簡單。3、在切紙機推紙器小位移時，采用高階導數(shù)連續(xù)的正弦曲線構成加減 速曲線，減少了高速定位過程中的沖擊；采用相同的加速和減速時間，簡 化了計算，提高了運算速度。上述說明僅是本發(fā)明切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法的一 般性介紹，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術實質，而可依照本說明書的 內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點能夠更加明顯易懂， 以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1是本發(fā)明切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法所使用的拋 物線S形加減速控制曲線，圖中TVS形速度控制加加速段；1:加加速段速度曲線；T2:S形速度控制線性加速段；2:線性加速段速度曲線;T3:S形速度控制減加速段；3:減加速段速度曲線；T4:S形速度控制勻速段；4:勻速段速度曲線；T5:S形速度控制加減速段；5:加減速段速度曲線；T6:S形速度控制線性減速段；6:線性減速段速度曲線;T7:S形速度控制減減速段；7:減減速段速度曲線；V0:設定最高速度；Tj:減速點。圖2是本發(fā)明切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法所使用的半 正弦加減速控制曲線，圖中Tsl:半正弦速度控制加速段； SI:半正弦加速曲線； Ts2:半正弦速度控制減速段； S2:半正弦減速曲線； Vsj:最佳速度； Tsj:減速點。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法的 較佳實施例作進一步詳細說明。對于切紙機推紙器，設其由伺服驅動系統(tǒng)性能所決定的最大加速度為 ao，最大速度Vo,數(shù)控系統(tǒng)插補周期為T。依照本實施例的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法，當切紙 機推紙器位移量較大時，定位運動釆用拋物線S形加減速控制；當切紙機
推紙器在、位移時，定位運動釆用半正弦加減速控制。如圖1所示，在大位移情況下，拋物線S形加減速控制包括以下步驟 從切紙機推紙器靜止狀態(tài)開始，按照加加速段T,加速度從0正向逐漸增大的速度曲線1控制切紙機推紙器運動速度，加加速段T,速度曲線1的表達式為v(k,),(v)2;按照線性加速段T2加速度不變的速度曲線2控制切紙機推紙器運動速 度，線性加速段T2速度曲線2的表達式為v(k2)-v(T,)+^k^;當速度達到V。-會a。T 時，進入減加速段T3，按照加速度正向逐漸減小的速度曲線3控制切紙機推紙器運動速度，直至切紙機推紙器運動速度達到 設定最高速度Vo,同時加速度降到O,減加速段T3速度曲線3的表達式為V(k3) = V。-a。(T3-k3r)2;按照勻速段丁4加速度為0的速度曲線4控制切紙機推紙器運動速度， 保持所述設定最高速度Vo直至減速點Tj,勻速段T4速度曲線4的表達式為V(k4) = V0;從減速點Tj進入加減速段T5，按照加速度反向逐漸增大的速度曲線5 控制切紙機推紙器運動速度，加減速段Ts速度曲線5的表達式為V(k5) = V0-a0(k5r)2;按照線性減速段T6加速度不變的速度曲線6控制切紙機推紙器運動速 度，線性減速段T6速度曲線6的表達式為V(k6)=V(TJ+T5)_^V;當速度達到la。T/時，進入減減速段T7，按照加速度反向逐漸減小的速度曲線7控制切紙機推紙器運動速度，直至切紙機推紙器運動速度和加速度同時降到0，減減速段T7速度曲線7的表達式為V(k7) = a。(T7-k7r)2。每相鄰的兩段速度曲線之間光滑連接，以使在連接處無加速度突變。上述設定最高速度Vo取決于切紙機推紙器驅動系統(tǒng)的性能。如圖2所示，在小位移情況下，半正弦加減速控制包括以下步驟從切紙機推紙器靜止開始，按照半正弦加速段TS1加速度從最大正向加速度正向逐漸減小的加速曲線Sl控制切紙機推紙器運動速度，當達到減速點Tsj時，切紙機推紙器運動速度達到最佳速度Vsj，同時加速度降到O,半 的表達式為V(k,),sin(+k,0;乂 1 sl從減速點Tg進入半正弦減速段TS2，按照加速度從最大反向加速M 向逐漸減小的減速曲線S2控制切紙機推紙器運動速度，直至切紙機推紙器 運動速度和加速度同時降到0 ，半正弦減速段Ts2減速曲線S2的表達式為V(k2) = VSJ(l-sin(+k2")，其中 Tsl=Ts2=^。2a0上述半正弦加減速控制的最大加速度由切紙機推紙器伺服系統(tǒng)動態(tài)特 性決定。將上述加減速算法用于切紙機高速定位運動數(shù)控系統(tǒng)，使得切紙機可 實現(xiàn)重復定位4青度為0.01mm、最高速度為12m/min的快速定位。雖然本發(fā)明已以較佳實施例^1露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任 何熟悉本專業(yè)的技術人員在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上迷 揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未 脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的 任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明權利要求所劃定的保護范 圍內。
權利要求
1、一種切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法，其特征在于當切紙機推紙器位移量較大時，定位運動采用S形加減速控制；當切紙機推紙器在小位移時，定位運動采用半正弦加減速控制。
2、 根據(jù)權利要求1所述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法， 其特征在于其中所述的S形加減速控制包括以下步驟從切紙機推紙器靜止狀態(tài)開始，按照加加速段(T。加速度正向逐漸 增大的速度曲線(1)控制切紙機推紙器的運動速度；按照線性加速段(T2)加速度不變的速度曲線(2)控制切紙機推紙器 的運動速度；按照減加速,殳(T3)加速度正向逐漸減小的速度曲線(3)控制切紙機 推紙器的運動速度，直至切紙機推紙器的運動速度達到設定最高速度(V0);按照勻速段(T4)加速度為0的速度曲線(4)控制切紙機推紙器的運 動速度；按照加減速段(T5)加速度反向逐漸增大的速度曲線(5)控制切紙機 推紙器的運動速度；按照線性減速段(T6)加速度不變的速度曲線(6)控制切紙機推紙'器 的運動速度；按照減減速段(T7)加速度反向逐漸減小的速度曲線(7)控制切紙機 推紙器的運動速度，直至切紙機推紙器的運動速度降到0 ;每相鄰的兩段所述速度曲線(l、 2) (2、 3) (3、 4) (4、 5) (5、 6) (6、 7)之間光滑連接。
3、 根據(jù)權利要求2所述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法， 其特征在于其中所述的加加速段()速度曲線(1 )、減加速段(T3)速度 曲線(3)、加減速段(T5)速度曲線(5)和減減速段(T7)速度曲線(7) 為拋物線。
4、 根據(jù)權利要求2或3所述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制 方法，其特征在于其中所述的設定最高速度(Vo)由切紙機推紙器的驅動 系統(tǒng)所決定。
5、 根據(jù)權利要求1所述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法， 其特征在于其中所述的半正弦加減速控制包括以下步驟從切紙機推紙器靜止狀態(tài)開始，按照半正弦加速段(TS1)加速度從最 大正向加速度正向逐漸減小的半正弦加速曲線(SI)控制切紙機推紙器的運動速度,直至切紙機推紙器的運動速度達到最佳速度(Vsj);當切紙機推紙器達到最佳速度(Vsj)時，按照半正弦減速段(TS2)加 速度從最大反向加速度反向逐漸減小的半正弦減速曲線(S2)控制切紙機 推紙器的運動速度，直至切紙機推紙器的運動速度降到0 。
6、 根據(jù)權利要求5所述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制方法， 其特征在于其中所述的半正弦加速段時間常數(shù)(TS1)與半正弦減速段時間 常數(shù)(TS2)相等。
7、 根據(jù)權利要求5或6所述的切紙機推紙器高速定位運動加減速控制 方法，其特征在于其中所述的半正弦加減速控制的最大加速度由切紙機推 紙器伺服系統(tǒng)動態(tài)特性決定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種針對切紙機推紙器高速定位運動的加減速控制方法，當被控運動物體位移量較大時，采用拋物線S形加減速控制，分為加加速段(T₁)、線性加速段(T₂)、減加速段(T₃)、勻速段(T₄)、加減速段(T₅)、線性減速段(T₆)、減減速段(T₇)，各相鄰段速度控制曲線光滑連接；當被控運動物體小位移運動時，采用半正弦加減速控制。本方法根據(jù)被控運動物體位移量的大小自動選擇加減速控制策略，可在不同位移范圍內實現(xiàn)切紙機推紙器的快速準確定位，同時可以完全消除或顯著減小切紙機推紙器高速定位過程中的加速度沖擊，并且計算簡單，有利于提高數(shù)控系統(tǒng)的運算速度。
文檔編號G05B19/19GK101130413SQ200610111469
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月22日 優(yōu)先權日2006年8月22日
發(fā)明者姜歌東, 孫挪剛, 梅雪松, 峰 陶, 濤 陶 申請人:西安交通大學