本发明涉及程序控制机床，具体为基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现。
背景技术：
1、随着汽车、模具生产加工、航空航天等工业的高速发展，对于工业生产的加工精度有了更高的要求，其中高精高速加工已经成为数控机床的重要性能指标，高速高精加工过程中，因不确定因素会使数控伺服系统产生时滞，会使数控系统对输入指令的响应速度变慢，这种时滞导致指令轨迹与实际轨迹存在偏差，进而导致加工表面粗糙与形状误差，严重影响工件质量，针对以上的时滞现象，已经有了许多研究去提高响应解决该问题：比如电流环采样和占空比更新、使用更高计算性能的设备去提高计算能力，减小计算时间等，在硬件方面去实现的现实成本高于软件，软件的容错性更高，高计算性能设备一般价格比较昂贵。
2、现有技术在使用时存在数控伺服系统往往会产生时滞，导致数控系统对输入指令的响应速度变慢，进而影响加工质量和效率，不利于实际控制使用。
技术实现思路
1、解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本发明提供了基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现，解决了数控伺服系统往往会产生时滞，导致数控系统对输入指令的响应速度变慢的问题。
3、技术方案
4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现，所述控制系统包括自适应前瞻速度控制算法、精确电机控制系统和实时反馈调整系统，其中：
5、所述自适应前瞻速度控制算法，所述自适应前瞻速度控制算法依次包括加工路径曲率分析、前瞻预测距离与时间调整和速度控制策略优化三个步骤，分析cnc编程中的加工路径、计算其曲率的变化，根据加工路径的曲率变化，算法实时调整前瞻预测的距离和时间，控制并优化速度控制策略；
6、所述精确电机控制系统，结合自适应前瞻速度控制算法，采用矢量控制技术和智能控制算法，通过精确控制电机的电流、电压和频率参数，并通过优化伺服驱动器的控制算法和编码器的采样频率，调节伺服系统的动态响应能力和测量精度：
7、所述实时反馈调整系统，通过编码器、传感器实时监测电机的位置和速度信息，并反馈给精确电机控制系统进行实时调整，并根据检测的实际位置与预测位置之间的误差信息，传输至精确电机控制系统进行策略误差补偿。
8、优选的，所述加工路径曲率分析进一步包括以下内容：
9、路径离散化：将加工路径按照设定的步长δs进行离散化，得到一系列离散点pi(xi，yi，zi)；
10、曲率计算：对相邻的三个离散点pi-1，pi，pi+1，计算其曲率ki，公式如下：
11、
12、其中：
13、di+1，i-1和di，i-1分别是点pi+1与pi-1、点pi与pi-1之间的距离；
14、pi为加工路径上的一个离散点；
15、xi，yi，zi分别是该点在三维空间中的坐标值；
16、ki代表第i个离散点处的曲率；
17、δs是路径离散化的步长，即两个相邻离散点之间的距离；
18、曲率变化评估：根据曲率ki和设定的前瞻步数n，预测未来n个离散点的位置，并计算其曲率ki+1，ki+2，…ki+n。
19、优选的，所述前瞻预测距离与时间调整进一步包括以下内容：
20、预测距离调整：根据曲率变化δki，调整前瞻预测的距离di，当δki较大时，减小di；当δki较小时，增大di，具体调整公式如下：
21、di＝dbase-kd·|δki|(2)
22、其中：
23、dbase为基础预测距离；
24、kd曲率变化对预测距离影响的系数；
25、|δki|为曲率变化的绝对值；
26、预测时间调整：根据机床的运动能力tmax和加工要求，设置前瞻预测的时间ti，预测时间ti是机床以最大速度vmax移动预测距离di所需的时间与机床最大运动时间tmax之间的较小值，预测时间的调整公式表示为：
27、
28、其中：
29、di为调整后的预测距离；
30、结合上述公式(2)和公式(3)，可得出，根据曲率变化δki调整预测距离di，使用调整后的预测距离di和机床的最大运动速度vmax以及最大运动时间tmax来计算预测时间ti。
31、优选的，所述速度控制策略优化进一步包括以下内容：
32、速度规划：根据前瞻预测的距离di和时间ti，规划机床各轴的运动速度vi和加速度ai，速度规划应满足机床的加速度限制、加速度变化率限制等约束条件；
33、根据前瞻预测的曲率变化δkj(j＝i+1，i+2，...，i+n)，自适应地规划机床各轴的运动速度vj和加速度aj，速度规划应满足机床的运动学约束，最大速度vmax、最大加速度amax，计算公式如下：
34、
35、其中：
36、vj和aj分别是前一个离散点的速度和加速度；
37、f和g是根据系统特性设计的函数；
38、根据上述公式(4)和公式(5)，得出，在曲率变化较大的区域，适当降低速度vj，增加加速度aj的平滑性，在曲率变化较小的区域，则可以适当提高速度vj，减少加工时间。
39、优选的，所述精确电机控制系统中电机模型与矢量控制进一步包括以下内容：
40、对于伺服电机，通常采用pid控制器来控制电机的位置和速度，pid控制器的输出u(t)可以表示为：
41、
42、其中：
43、e(t)是位置或速度的误差；
44、kp、ki、kd分别是比例、记为和微分系数。
45、优选的，所述精确电机控制系统中智能控制算法在实时控制中，使用模糊控制或神经网络智能算法来动态调整pid控制器的参数。
46、优选的，所述实时反馈调整系统包括位置与速度检测、误差补偿和自适应调整，进一步包括以下内容：
47、位置与速度检测：通过编码器实时检测电机的位置和速度，得到θactual和ωactual；
48、误差补偿：当检测导位置误差eθ＝θref-θactual或速度误差eω＝ωref-ωactual时，通过调节pid控制器的输出或速度控制策略进行误差补偿；
49、自适应调整：根据实时反馈信息和加工要求，动态调整pid控制器的参数或其他控制参数。
50、有益效果
51、本发明提供了基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现。具备以下有益效果：
52、本发明采用cnc前瞻速度控制优化算法通过结合自适应前瞻技术、精确电机控制和实时反馈调整，实现了对cnc机床加工速度和加工精度的优化，该算法法根据加工路径的曲率变化，实时调整前瞻预测的距离和时间，以减小系统时滞对加工精度的影响，能够根据加工路径的曲率变化前瞻性地预测未来路径的变化趋势，并据此优化速度控制策略，通过优化速度控制策略，提高数控系统对输入指令的响应速度，同时结合实时反馈信息进行误差补偿和自适应调整，确保机床能够稳定、高效地进行加工。
1.基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现，其特征在于：所述控制系统包括自适应前瞻速度控制算法、精确电机控制系统和实时反馈调整系统，其中：
2.根据权利要求1所述的基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现，其特征在于：所述加工路径曲率分析进一步包括以下内容：
3.根据权利要求2所述的基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现，其特征在于：所述前瞻预测距离与时间调整进一步包括以下内容：
4.根据权利要求1所述的基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现，其特征在于：所述速度控制策略优化进一步包括以下内容：
5.根据权利要求1所述的基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现，其特征在于：所述精确电机控制系统中电机模型与矢量控制进一步包括以下内容：
6.根据权利要求1所述的基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现，其特征在于：所述精确电机控制系统中智能控制算法在实时控制中，使用模糊控制或神经网络智能算法来动态调整pid控制器的参数。
7.根据权利要求1所述的基于cnc前瞻技术的高响应交流伺服算法实现，其特征在于：所述实时反馈调整系统包括位置与速度检测、误差补偿和自适应调整，进一步包括以下内容：
