嵌入式数控系统的实时NURBS曲线插补算法的研究与实现

发布时间：2017-06-26 10:23

  本文关键词：嵌入式数控系统的实时NURBS曲线插补算法的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为现代装备制造自动化核心和基础支撑技术之一,数控技术推动着传统制造业产业革新和升级。嵌入式数控系统由于其适应性、实时性和可靠性的优点正在得到越来越广泛的应用。而随着数控系统向着高速高精度方向的快速发展,NURBS曲线插补技术成为迅速提高数控系统性能和市场竞争力的关键。本文针对NURBS曲线插补的快速计算问题开展研究,基于Hamming方法对插补参数进行线性预估,并基于Steffensen迭代法对步长误差进行校正补偿,在PC环境下的仿真表明算法计算速度快、计算精度高、速度波动小。同时利用曲线曲率上升或下降特性对曲线进行分段速度规划,在前瞻插补中综合应用了S曲线型加减速算法、三次多项式型加减速算法和自适应速度控制方法,前瞻算法计算简便、满足柔性要求且符合机床自身性能。在NUC950为核心处理器的嵌入式数控硬件系统上,搭建了基于实时Linux的嵌入式数控平台,并编写了矩阵键盘、液晶显示屏等硬件设备驱动。其中标准内核通过RT-Preempt补丁完成任务调度和中断响应的实时性改造。另外,译码、精插补和QT图形界面等应用程序也集成在数控系统中实现。最后,通过插补算法在嵌入式数控系统中的完整正确运行和零件加工实验验证了插补算法的有效性和实际应用价值。
【关键词】：非均匀有理B样条曲线 Steffensen迭代法 加减速控制 NUC950 实时抢占补丁RT-Preempt
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659;TP391.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 数控系统研究背景13-15
• 1.1.1 数控系统发展趋势14-15
• 1.2 课题研究现状15-18
• 1.2.1 嵌入式数控系统研究现状15-17
• 1.2.2 NURBS曲线插补技术研究现状17-18
• 1.3 本文主要研究意义18
• 1.4 本文内容安排18-20
• 第二章 NURBS曲线实时预估校正插补算法20-38
• 2.1 NURBS曲线的表示及计算20-25
• 2.1.1 NURBS曲线的表示20-21
• 2.1.2 NURBS曲线求值方法21-24
• 2.1.3 NURBS曲线求导方法24-25
• 2.2 NURBS曲线插补算法基础25-30
• 2.2.1 Taylor展开式法26-27
• 2.2.2 预估校正法27-29
• 2.2.3 Newton迭代法29-30
• 2.3 基于Steffensen迭代法的参数预估校正算法30-34
• 2.3.1 基于Hamming法的线性预估法30-31
• 2.3.2 基于Steffensen迭代法的校正方法31-32
• 2.3.3 预估校正方法的改进32-34
• 2.4 参数预估校正插补算法仿真34-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 前瞻NURBS曲线加减速算法38-53
• 3.1 自适应速度控制38-39
• 3.2 常见加减速方法比较分析39-44
• 3.2.1 直线型加减速39-40
• 3.2.2 S曲线型加减速40-42
• 3.2.3 多项式型加减速42-44
• 3.2.4 三角函数型加减速44
• 3.3 基于多项式加减速和S型加减速的前瞻方法44-49
• 3.3.1 前瞻分段划分策略44-45
• 3.3.2 前瞻控制策略45-47
• 3.3.3 频繁加减速段速度规划47-49
• 3.4 前瞻加减速算法仿真49-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 基于NUC950的嵌入式数控系统53-68
• 4.1 嵌入式数控系统硬件平台53-55
• 4.2 数控系统软件架构55-56
• 4.3 嵌入式数控系统软件平台搭建56-64
• 4.3.1 Bootloader修改及移植57-58
• 4.3.2 Linux内核及其实时性改造58-61
• 4.3.3 文件系统61-62
• 4.3.4 Linux设备驱动程序开发62-64
• 4.4 嵌入式数控系统功能软件设计64-67
• 4.4.1 译码模块64-65
• 4.4.2 精插补程序65
• 4.4.3 用户图形界面65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 NURBS曲线插补算法的实现68-73
• 5.1 NURBS曲线插补算法在NUC950平台的验证68-72
• 5.1.1 NURBS曲线插补指令格式68-69
• 5.1.2 NURBS曲线插补程序执行过程69
• 5.1.3 NURBS曲线插补实例69-72
• 5.2 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 全文总结73
• 6.2 研究展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文80

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周胜德;梁宏斌;乔宇;;基于NURBS曲线插补的五段S曲线加减速控制方法研究[J];组合机床与自动化加工技术;2011年04期

2 邬再新;张万军;胡赤兵;张峰;;NURBS曲线修正插补算法的研究[J];制造业自动化;2011年22期

3 于志宏;陈刚;;NURBS曲线插补理论与实践[J];制造技术与机床;2010年11期

4 赵国勇;徐志祥;赵福令;;高速高精度数控加工中NURBS曲线插补的研究[J];中国机械工程;2006年03期

5 郝双晖;宋芳;金立川;宋宝玉;蔡一;;同周期控制NURBS曲线高速高精度插补算法研究[J];机械设计与制造;2010年07期

6 刘华东;姜文新;李跃中;;基于NURBS曲线的并联数控机床插补算法研究[J];电大理工;2010年02期

7 杨旭静;胡仲勋;钟志华;;面向刀具路径生成的NURBS曲线拟合算法研究[J];中国机械工程;2009年08期

8 邬再新;王佳;唐翠萍;;NURBS曲线的平滑自适应插补算法研究[J];科学技术与工程;2010年04期

9 王海涛;赵东标;高素美;;NURBS曲线实时插补中S型加减速算法的研究[J];山东大学学报(工学版);2010年01期

10 刘继胜;;参数插补NURBS曲线建模及控制方法研究[J];机械工业信息与网络;2007年01期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 杨旭静;胡仲勋;;NURBS曲线拟合及刀具路径生成算法研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年

2 曹文君;;探讨双圆弧样条逼近NURBS曲线法在船体三维设计外板零件展开中的应用[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张荣鑫;基于小波理论的船体NURBS曲线曲面光顺性研究[D];大连理工大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 孙利克;NURBS曲线插补算法及加减速控制方法研究[D];燕山大学;2016年

2 刘念;嵌入式数控系统的实时NURBS曲线插补算法的研究与实现[D];南京航空航天大学;2016年

3 王佳;NURBS曲线的自适应插补技术研究[D];兰州理工大学;2010年

4 赵辉良;面向切削、研抛的高效NURBS曲线插补算法研究[D];湘潭大学;2010年

5 潘瑛;人工智能算法在NURBS曲线降阶方面的若干研究[D];合肥工业大学;2010年

6 刘可照;基于机床动力学特性的NURBS曲线直接插补的研究[D];华中科技大学;2004年

7 兰浩;NURBS曲线整体光顺逼近算法研究与应用[D];西安理工大学;2008年

8 岳云平;基于FPGA的高性能硬件NURBS曲线插补算法的研究和实现[D];合肥工业大学;2015年

9 赵录刚;NURBS曲线的光顺问题研究[D];西北大学;2001年

10 王群;五轴联动双NURBS曲线插补算法研究[D];湖南大学;2012年

  本文关键词：嵌入式数控系统的实时NURBS曲线插补算法的研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：485833