基于DSP的NURBS直接插补技术研究

发布时间：2017-05-28 07:04

  本文关键词：基于DSP的NURBS直接插补技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： NURBS方法以其在复杂几何造型方面的诸多优势,在CAD/CAM和计算机图形学领域得到越来越广泛的应用。但是,传统的数控机床一般只有直线和圆弧插补功能,必须借助CAM系统将其离散成大量微小直线段再传到CNC系统中加工,难以满足当今高速高精加工的要求。因此,研究NURBS直接插补技术对于开发高速高精CNC系统具有十分重要的意义。 本文结合浙江省重大机电装备专项项目(2006C11067)的科研任务,在深入分析NURBS相关理论知识和数控运动控制技术基础上,提出了新的NURBS直接插补算法。 NURBS直接插补主要分两个步骤完成:轨迹空间到参数空间的映射和参数空间到轨迹空间的映射,综合运用解非线性方程法和de Boor算法实现NURBS直接插补,简化了插补运算,提高了插补效率。同时,本文提出的前瞻自适应算法,使进给速度能根据曲线形状自动进行调整,同时回溯和重插补策略可以保证加工过程中机床运动学参数控制在允许范围内,防止出现大的冲击和振动,提高表面加工质量。为了将危险点的对速度曲线的影响纳入到前期速度规划中,第四章在分段插补思想基础上提出了新的NURBS插补策略。最后,利用NURBS的对称性进行反向插补,实现了对减速点位置的准确预测。 本文算法最终移植到基于DSP TMS320F2812的运动控制卡上,分别从硬件和软件两个方面详细介绍了算法的移植过程。硬件方面着重介绍了DSP上专门用于电机控制的事件管理器的配置情况,包括引脚、定时器、周期寄存器、比较寄存器的配置等;软件方面详细介绍了旋转缓冲区技术、IQmath库引入等。 最后,对NURBS直接插补算法进行仿真分析和实验研究。利用Xk713数控铣床搭建实验平台,并设计了一条既有尖角和又有高曲率点的三次NURBS曲线进行加工实例加工,通过与传统算法比较,借助图形图表等手段分析插补算法在插补效率、精度、运动学参数等方面的性能表现,验证算法的可行性和可靠性。
【关键词】：NURBS DSP 直接插补 速度自适应 前瞻算法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TG659
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 课题的研究背景与意义9-14
• 1.1.1 数控机床的产生和发展9-10
• 1.1.2 数控机床插补技术10-12
• 1.1.3 NURBS方法的提出和优缺点12-13
• 1.1.4 NURBS直接插补的意义13-14
• 1.2 研究现状与发展趋势14-18
• 1.2.1 NURBS直接插补算法14-16
• 1.2.2 减速点的预测16
• 1.2.3 速度自适应控制16-17
• 1.2.4 基于机床运动学和动力学特性的前瞻算法17
• 1.2.5 基于恒定材料去除率的插补算法17-18
• 1.3 论文结构体系和主要研究内容18-20
• 1.3.1 论文的总体构架18
• 1.3.2 论文主要研究内容18-20
• 2 NURBS相关理论知识研究20-31
• 2.1 NURBS曲线的表达形式20-22
• 2.1.1 有理分式表示20-21
• 2.1.2 有理基函数表示21
• 2.1.3 齐次坐标表示21-22
• 2.2 权因子的几何意义22
• 2.3 NURBS曲线的性质22-23
• 2.4 NURBS曲线上点的求值方法23-27
• 2.4.1 直接计算法24-25
• 2.4.2 动态矩阵法25-26
• 2.4.3 de Boor算法26-27
• 2.5 NURBS导数的计算方法27-30
• 2.5.1 直接计算法27-28
• 2.5.2 de Boor算法28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 3 基于de Boor算法的NURBS前瞻自适应插补研究31-43
• 3.1 数据采样插补的原理31-34
• 3.1.1 插补的基本概念31
• 3.1.2 时间分割法在NURBS插补中的应用31-34
• 3.2 NURBS直接插补算法的实现34-37
• 3.2.1 算法结构34-35
• 3.2.2 轨迹空间到参数空间的映射35-36
• 3.2.3 参数空间到轨迹空间的映射36-37
• 3.3 速度自适应算法37-39
• 3.4 带回溯和重插补策略的前瞻算法39-41
• 3.5 减速点预测41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 4 基于轴运动学参数的NURBS分段自适应插补研究43-50
• 4.1 插补预处理及数据存储43-44
• 4.2 危险点的检测44-46
• 4.2.1 高曲率点的检测45-46
• 4.2.2 尖角的检测46
• 4.3 分段自适应插补算法46-48
• 4.3.1 子段长度的计算46-47
• 4.3.2 速度自适应算法47
• 4.3.3 误差分析47-48
• 4.4 单轴运动学参数约束算法48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 5 NURBS直接插补算法在DSP上的实现50-58
• 5.1 硬件配置50-54
• 5.1.1 引脚配置51
• 5.1.2 通用定时器配置51-53
• 5.1.3 周期寄存器和比较寄存器设置53-54
• 5.2 软件实现54-57
• 5.2.1 带旋转缓冲区的插补算法体系结构54-55
• 5.2.2 IQmath库的应用55-57
• 5.3 本章小结57-58
• 6 NURBS直接插补算法仿真分析和实验研究58-64
• 6.1 实验环境58-59
• 6.2 实验一59-61
• 6.2.1 实验参数59
• 6.2.2 实验结果及数据分析59-61
• 6.3 实验二61-63
• 6.3.1 实验参数61
• 6.3.2 实验结果及数据分析61-63
• 6.4 实验三63
• 6.5 本章小结63-64
• 7 总结与展望64-66
• 7.1 总结64-65
• 7.2 展望65-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况66-67
• 参考文献67-69

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李丹;;高速加工程序段间转接速度算法的研究[J];制造业自动化;2011年09期

2 李建奇;肖继国;贺盛修;钟威;艾毅军;;基于NURBS插补算法的数控雕刻机控制系统的设计与实现[J];计算机测量与控制;2012年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 乔志峰;适用于复杂形面加工的多轴运动控制系统设计理论与方法研究[D];天津大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王海峰;精雕机的开放式数控系统研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

2 徐远泽;基于DSP的运动控制器系统设计[D];西南交通大学;2012年

3 张建勋;基于DSP6711运动控制器的NUBRS曲线插补算法研究[D];重庆大学;2012年

4 王强;六自由度工业机器人的运动轨迹插补算法的研究[D];浙江工业大学;2012年

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本文编号：402104