基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法与流程

本发明属于数控机床，具体涉及一种基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法。

背景技术：

1、在数控机床领域，直线电机的控制信号来源除了数控系统本身的运动规划外，还有来自外部的指令信号，比如手轮。手轮又称手摇脉冲发生器，其内部具有明暗交替刻线的码盘，以及两个光电收发器。当手轮转动时，光电收发器产生两组交替的脉冲信号，该脉冲信号的相序代表手轮转动的方向，脉冲数则代表手轮摇动的距离。数控系统接受到该脉冲信号后，便会根据控制信号以及相序判定工作台应当运动的距离和方向，然后对该控制信号进行适当的插补规划，即平滑处理，将离散的控制信号拟合为连续的控制信号。数控系统按照拟合后的控制信号控制直线电机等执行机构运动，使其产生与手轮运动相符的运动。

2、目前对于外部信号的插补规划主要采用两种方式，第一种为直线插补法，该方法直接用直线连接离散信号数据，导致连接点的速度不连续，在连接点将产生一个无穷大的加速度，不利于直线电机的控制。第一种为贝塞尔曲线插补法，该方法收集到所有的离散信号后，对其进行拟合得到平滑的拟合曲线，但是该方法中直线电机的运动严重滞后于手轮等外部控制设备，直线电机的响应灵敏度较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，其能够能够保证分段贝塞尔曲线的连接点保持平滑，保证直线电机对外部控制设备最终位置进行准确跟踪和实时响应。

2、为了实现上述目的，本发明一具体实施方式提供的技术方案如下：

3、一种基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，包括：

4、步骤一、采集手轮脉冲信号并将其转化为控制直线电机运动的控制信号，设定n个控制信号为一个拟合段，其中第1个拟合段的第1个控制信号代表手轮初始位置，上一拟合段的第n个控制信号为下一拟合段的第1个控制信号，n≥3；

5、步骤二、采集第1个拟合段的n个控制信号，采用贝塞尔曲线模型拟合出该拟合段的控制信号曲线；

6、步骤三、建立上一拟合段第n-1个和第n个控制信号的共线模型，根据共线模型调整下一拟合段第2个控制信号，采用贝塞尔曲线模型拟合出下一拟合段的控制信号曲线，控制直线电机按照上一拟合段的控制信号曲线移动；

7、步骤四、重复步骤三，直至直线电机移动至最终位置。

8、在本发明的一个或多个实施方式中，建立上一拟合段第n-1个和第n个控制信号的共线模型包括：以采集周期为横坐标，控制信号为纵坐标，建立直角坐标系，其中第n-1个和第n个控制信号对应的坐标点为(xn-1,yn-1)和(xn,yn)，根据这两个坐标点计算y＝kx+b的共线模型，其中b＝yn-k*xn＝yn-1-k*xn-1。

9、在本发明的一个或多个实施方式中，步骤三中，上一拟合段第n-1个和第n个控制信号与调整后的下一拟合段第2个控制信号位于所述直角坐标系中的同一直线上。

10、在本发明的一个或多个实施方式中，根据共线模型调整下一拟合段第2个控制信号包括：下一拟合段第2个控制信号在直角坐标系中的坐标点为(xn+1,yn+1)，将其采样周期xn+1代入共线模型中求得其控制信号yn+1＝k*xn+1+b，将yn+1替换为下一拟合段的第2个控制信号。

11、在本发明的一个或多个实施方式中，控制直线电机按照上一拟合段的控制信号曲线移动包括：机床系统根据上一拟合段的控制信号曲线，得到直线电机各个伺服周期所对应的速度，按照求得的速度控制直线电机移动。

12、在本发明的一个或多个实施方式中，直至直线电机移动至最终位置包括：拟合完最后一段的控制信号曲线后停止拟合，按照最后两段的控制信号曲线控制直线电机移动，将直线电机移动至最终位置。

13、在本发明的一个或多个实施方式中，在各个拟合段中，控制信号曲线末端对应的控制信号与第n个采集周期的控制信号一致。

14、在本发明的一个或多个实施方式中，n＝4。

15、在本发明的一个或多个实施方式中，各个拟合段的采集周期相等。

16、与现有技术相比，本发明实施方式的基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法的步骤简单，操作方便，既能够保证分段贝塞尔曲线的连接点保持平滑，避免直线电机的加速度突变，又能保证直线电机对外部控制设备最终位置进行准确跟踪和实时响应，提高了直线电机的移动精度和响应速度。

技术特征：

1.一种基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，其特征在于，所述建立上一拟合段第n-1个和第n个控制信号的共线模型包括：以采集周期为横坐标，控制信号为纵坐标，建立直角坐标系，其中第n-1个和第n个控制信号对应的坐标点为(xn-1,yn-1)和(xn,yn)，根据这两个坐标点计算y＝kx+b的共线模型，其中b＝yn-k*xn＝yn-1-k*xn-1。

3.根据权利要求2所述的基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，其特征在于，所述步骤三中，上一拟合段第n-1个和第n个控制信号与调整后的下一拟合段第2个控制信号位于所述直角坐标系中的同一直线上。

4.根据权利要求2所述的基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，其特征在于，所述根据共线模型调整下一拟合段第2个控制信号包括：下一拟合段第2个控制信号在直角坐标系中的坐标点为(xn+1,yn+1)，将其采样周期xn+1代入共线模型中求得其控制信号yn+1＝k*xn+1+b，将yn+1替换为下一拟合段的第2个控制信号。

5.根据权利要求1所述的基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，其特征在于，所述控制直线电机按照上一拟合段的控制信号曲线移动包括：机床系统根据上一拟合段的控制信号曲线，得到直线电机各个伺服周期所对应的速度，按照求得的速度控制直线电机移动。

6.根据权利要求1所述的基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，其特征在于，所述直至直线电机移动至最终位置包括：

7.根据权利要求1所述的基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，其特征在于，在各个拟合段中，控制信号曲线末端对应的控制信号与第n个采集周期的控制信号一致。

8.根据权利要求1所述的基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，其特征在于，n＝4。

9.根据权利要求1所述的基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，其特征在于，各个拟合段的采集周期相等。

技术总结本发明实施方式公开了一种基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，包括：设定n个控制信号为一个拟合段，其中第1个拟合段的第1个控制信号代表手轮初始位置，上一拟合段的第n个控制信号为下一拟合段的第1个控制信号；采集第1个拟合段的控制信号，采用贝塞尔曲线模型拟合其控制信号曲线；建立上一拟合段第n‑1个和第n个控制信号的共线模型，根据共线模型调整下一拟合段第2个控制信号，采用贝塞尔曲线模型拟合出下一拟合段的控制信号曲线；重复步骤三。本发明实施方式中的基于贝塞尔曲线的直线电机移动轨迹控制方法，能够能够保证分段贝塞尔曲线的连接点保持平滑，保证直线电机对外部控制设备最终位置进行准确跟踪和实时响应。技术研发人员：刘智明,袁再松受保护的技术使用者：上海铼钠克数控科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18