优化机器人S形加减速设计原则

加减速方式的改变将引起进给系统动态性能的变化，从而对机床的效率、速度、加速度等关键指标产生影响。因此，需要根据机床的具体要求，在保证主要指标不变的前提下，选择合适的参数。

进给系统受加减速方式影响的主要参数有最大移动速度V_m、最大加速度a_m、加减速时间与距离等。在S形加减速方式下，以上主要参数都与系统的加速度变化率限制时间t_r、线性加速段加速时间t₂、加速度变化率限制值等有关，这些参数应根据机床的实际要求，按照如下不同的设计原则，通过对动态响应的分析、计算后确定。

1.加减速时间、距离及最大速度相同原则

所谓“加减速时间、距离及最大速度相同”是指机床在线性加减速与S形加减方式下，能够达到同样的最大移动速度，且加减速距离、加减速时间保持不变的设计原则。

这是以保证机床效率为目的，通过选择足够加减速能力的进给驱动器与驱动电动机，使之在两种加减速方式下的最大移动速度、加减速时间、加减速距离保持不变，并通过S形加减速来减小起制动冲击、降低位置超调的设计原则。以点位控制为主的高速加工机床（如数控冲床等），通常对机床最大移动速度、加减速距离、定位时间的要求较高，为避免S形加减速对加工效率带来影响，可按照本原则进行进给系统的设计。

系统按本原则设计时，为了保证，根据式（4.4-9）～式（4.4-13），此时必须满足：

因此有

由此可见，为了满足“加减速时间、距离及最大速度相同”的要求，采用S形加减速必须提高系统的最大加速度，增加的加速度值为

在极限情况t₂=0时的，这就是说，在极限情况下，S形加减速时的最大加速度应是直线加减速的2倍，因此，选择电动机、驱动器时，必须考虑到它们能够具备满足以上要求的加减速能力。

2.最大移动速度、加速度相同原则

所谓“最大移动速度、最大加速度相同”是指机床在线性加减速与S形加减速方式下，系统所达到的最大速度V_m与最大加速度a_m保持不变的设计原则。

本设计原则用于最大移动速度V_m与最大加速度a_m已确定的机床，例如，当进给系统的电机已选定，为充分利用电机的速度与加速性能，可以最大移动速度V_m、加速度a_m作为设计基准，按本原则设计进给系统。从本质上说，这是一种通过增加S形加减速方式的加减速距离、延长加减速时间，来减小起制动冲击、降低位置超调的设计原则，因此，它可充分利用电机的高速性能，但也将降低效率。(www.xing528.com)

系统按本原则设计时，为保证a_ms=a_m时的最大移动速度V_ms=V_m，需要有

采用S形加减速需要增加的加速距离ΔS_a与加速时间Δt_a分别为

在极限情况t₂=0时，有，也就是说，S形加减速时的加速时间和距离将是线性加减速时的2倍。

3.最大加速度、加减速距离相同原则

所谓“最大加速度、加减速距离相同”是指机床在线性加减速与S形加减速方式下，均能够达到同样的最大加速度，且在两种加减速方式下的加减速距离保持不变的设计原则。

在进给系统中，如果移动部件的质量确定，系统的加速能力将取决于电动机所能输出的最大转矩，而加减速距离则受到机床实际行程的约束；因此，这是一种以充分利用电机最大转矩为目的的设计原则，它适用于驱动电动机已定，并以电机最大转矩作为设计基准设计进给系统的情况，但它将使系统的最大移动速度有所降低，故对机床的性能指标有所影响。

系统按本原则设计时，为保证加速度、加减速距离相等，即a_ms=a_m、S_as=S_a，必须满足如下关系：

由此可得

与线性加速相比，采用S形加减速将降低最大移动速度并增加其加减速时间。考虑到系统能够保证a_ms=a_m的前提是t₂≥0，根据式（4.4-16），在t₂=0极限情况下将有

也就是说，S形加减速时的最大速度只有直线加减速的0.707倍，加减速时间将是直线加减速的1.414倍。