S形速度规划相对于梯形速度规划其速度曲线会更加平滑,电机运行会更加平稳。常见的S曲线包括7段式加速度曲线,这种曲线计算量大,而且规划起来困难。一种简单的方法是采用Sigmoid对称函数加减速曲线规划法。典型的Sigmoid函数为:
其值域为(0,1),函数关于横坐标左右对称,关于点(0,0.5)中心对称。其函数图形为:
如要将此曲线应用在步进电机的加、减速过程中,需要将方程在XY坐标系进行平移,同时对曲线进行拉升变化。对于初速度为𝑣s,末速度为𝑣e,运动步数为2n的纯加/减速段,对于其中第i步,可以规划速度为:
(1-1)
其中flex参数是用来调节区间范围的,使用该方法规划的速度曲线关于中心点对称。比如当𝑣s=10,𝑣e=100,2n=2,flex=5时,规划的速度曲线如下图所示。由于关于中心点对称,所以S速度曲线(图中紫色曲线)包围的面积等价于从初速度𝑣s按恒定加速度加速到𝑣e的曲线(图中绿色曲线)所包围的面积。
所以可以先按梯形曲线规划速度曲线,然后对于其中的加速度段和减速度段,分别进行按照式(5-2)进行s速度曲线规划。则已知初速度𝑣s,末速度𝑣e,线段距离s,加速度a,进行s曲线速度规划步骤为:
- 进行梯形速度规划,算出加速段距离s1,加速和匀速段总距离s2,减速度段距离s3,以及最大加速度𝑣max
- 对于加速段,按照式(1-1)方法执行s形速度规划
- 对于减速段,按照式(1-1)方法执行s形速度规
流程示意图如下: