实时前瞻的NURBS曲线插补算法研究与仿真

发布时间：2017-05-25 21:21

  本文关键词：实时前瞻的NURBS曲线插补算法研究与仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 数控技术是现代制造技术中关键的环节之一,插补模块是整个数控系统控制软件的核心,插补算法的选择直接影响到数控系统的加工精度和速度。NURBS(Non-UniformRational B-Spline)曲线是在实际中得到广泛应用的一种参数化曲线,NURBS插补技术可以改善零件的加工精度,表面光滑性和生产效率,提高数控系统的轨迹功能。所以对NURBS插补算法进行了研究具有十分重要的意义。 本文详细地介绍了NURBS曲线的数学模型、性质及其相关参数计算方法,利用B样条基函数快速求值算法来加快NURBS曲线的求值。分析了S曲线加减速控制,综合考虑轮廓误差控制和进给加加速度限制控制,实现了具有前瞻性的实时NURBS插补方法,并对NURBS插补算法进行了仿真验证。本文的主要工作和成果如下: 1.介绍了NURBS曲线的数学模型、性质及相关参数计算方法。利用B样条基函数快速求值算法来加快NURBS曲线的求值。该算法用于数控实时插补中B样曲线求值求导运算时,可获得比de Boor算法更高的计算效率。 2.在NURBS插补加减速控制方面,分析了插补前抛物线-抛物线S型加减速控制方法。S型加减速控制方法具有位置精度高、速度无突变、过渡平滑等优点。 3.设计了一种具有前瞻性的实时NURBS插补算法。给出了该算法的流程并做了详细的分析,将该算法划分成尖角检测模块、速度规划模块、实时插补模块等部分。在算法中综合考虑了基于最大弓高误差限定的自适应速度控制、基于曲率信息的速度控制、基于加加速度限定的插补前S型加减速控制方法来规划每一段曲线的进给速度。通过预插补与实时插补的配合,完成整个曲线插补。 4.对给定几个曲线利用MATLAB软件进行插补算法的计算机仿真分析,包括进给速度对尖角点确认的影响、进给速度形态分析、弓高误差、加工时间的数据分析,并进行了曲线的加工仿真。验证了本文的插补算法的正确性、合理性及优越性。 开展对本课题的研究,对提高数控系统的性能具有重要的理论价值,同时也具有重要的实际应用价值。
【关键词】：数控 加减速控制 NURBS曲线插补 仿真分析
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 数控技术的发展状况10-12
• 1.3 国内外的研究现状和发展情况12-17
• 1.3.1 插补技术概述12-15
• 1.3.2 国内外研究现状15-17
• 1.4 研究的意义与主要内容17-20
• 1.4.1 本文研究的意义17-18
• 1.4.2 本文研究的主要内容18-20
• 第2章 NURBS曲线及其生成算法20-31
• 2.1 引言20-22
• 2.2 NURBS曲线的定义22-25
• 2.3 NURBS曲线的性质及优缺点25-27
• 2.3.1 NURBS曲线的性质25-26
• 2.3.2 NURBS曲线的优缺点26-27
• 2.4 NURBS曲线的求值与导矢计算27-30
• 2.4.1 求NURBS曲线上点的坐标27-29
• 2.4.2 求NURBS曲线上的导矢29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 NURBS曲线插值计算与加减速控制31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 NURBS曲线插值计算31-35
• 3.2.1 样条曲线插补原理31-33
• 3.2.2 NURBS插值计算33-35
• 3.3 B样条基函数快速求值算法及NURBS插补中的应用35-38
• 3.4 NURBS曲线加减速控制38-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 实时前瞻的NURBS曲线插补算法43-62
• 4.1 引言43-44
• 4.2 具有前瞻性的实时NURBS插补实现44-61
• 4.2.1 尖角检测模块45-51
• 4.2.2 速度规划模块51-60
• 4.2.3 实时插补模块60-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第5章 插补算法的仿真与分析62-78
• 5.1 引言62-63
• 5.2 插补算法分析63-69
• 5.2.1 进给速度F对尖角点确认的影响63-64
• 5.2.2 曲率与尖角点64
• 5.2.3 进给速度、加减速曲线形态分析64-65
• 5.2.4 与基于自适应速度控制的算法在进给速度、弓高误差、加工时间上的比较65-69
• 5.2.5 插补时间分析69
• 5.3 插补加工仿真69-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第6章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果84

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王世勇;高性能激光加工控制关键技术研究[D];华南理工大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 陈开强;面向多点高速装配应用的SCARA工业机器人控制精度模型研究[D];浙江大学;2012年

2 魏力;微细电火花铣削加工插补技术与轨迹规划研究[D];大连理工大学;2012年

3 赵潭羿;基于运动控制器的喷涂机控制系统的研究[D];北京交通大学;2012年

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本文编号：395057