NURBS曲线插补算法及加减速控制方法研究

发布时间：2017-06-16 21:01

  本文关键词：NURBS曲线插补算法及加减速控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为数控装备核心的数控系统所具有的插补功能以及插补算法的性能优劣,是评价CNC控制系统性能的重要指标。传统的数控系统,绝大多数仅支持直线、圆弧或抛物线插补功能,不能直接加工自由曲线曲面。NURBS曲线插补功能的提出,为数控装备以高速、高精度的方式加工具有复杂曲线曲面的零部件提供一种解决方案,也是开发高速、高精度CNC系统所要解决的关键问题之一。本文从提高NURBS曲线插补算法的实时性,以及加减速控制方法的速度变化平稳性两个方面展开了研究工作,具体如下。首先,介绍了NURBS曲线的基本理论,阐述了基于泰勒展开法的NURBS曲线插补算法、基于牛顿迭代法的NURBS曲线插补算法的插补原理、迭代过程、迭代初值的获取及迭代终止条件等,并分析了这两种插补算法存在的问题。其次,在基于牛顿迭代法的NURBS曲线插补算法的基础上,提出了基于割线法的NURBS曲线插补算法。该算法利用割线法替代牛顿迭代法实现下一插补点参数的求取,从而避免了牛顿迭代法中复杂的求导过程,在不损失插补精度的前提下提高了插补的实时性。再次,分析了T型加减速控制方法和S型加减速控制方法的控制模型及各自优缺点,并提出了基于多项式的5段式加减速控制方法。该方法中,令加加速度的变化随着事先设定的多项式所描述的趋势变化,从而使得加加速度变化连续、加速度变化平稳,避免了S型加减速中的加加速度突变的,加速度变化的不平稳等问题。最后,以C#语言为工具,与MATLAB软件相配合,搭建了仿真平台,并对基于割线法的NURBS曲线插补算法的实时性以及基于多项式的5段式加减速控制方法的速度变化平稳性进行了仿真验证。
【关键词】：NURBS曲线 割线法 插补算法 加减速控制 数控系统
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659;TP391.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究背景和意义10-13
• 1.2 国内外现状综述13-15
• 1.2.1 NURBS曲线插补算法现状13-14
• 1.2.2 加减速控制算法现状14-15
• 1.3 本文研究内容15-16
• 1.4 本文组织结构16-17
• 第2章 NURBS曲线基本理论17-24
• 2.1 NURBS曲线理论基础17-20
• 2.1.1 NURBS曲线的定义17-18
• 2.1.2 NURBS基函数定义18
• 2.1.3 NURBS曲线的特性18-20
• 2.2 NURBS曲线值的获取20-22
• 2.2.1 节点所在区间的确定20
• 2.2.2 基函数的计算20-22
• 2.3 NURBS曲线弓高误差的计算22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 基于割线法的NURBS曲线插补算法研究24-34
• 3.1 NURBS曲线插补原理24-25
• 3.2 泰勒展开法在NURBS曲线插补中的应用25-26
• 3.2.1 泰勒展开法的插补过程25-26
• 3.2.2 存在的问题分析26
• 3.3 牛顿迭代法在NURBS曲线插补中的应用26-29
• 3.3.1 迭代过程26-28
• 3.3.2 迭代初值的获取与迭代式运算终止条件28-29
• 3.3.4 基于牛顿迭代法的NURBS曲线插补流程29
• 3.3.5 存在的问题分析29
• 3.4 基于割线法的NURBS曲线插补算法研究29-33
• 3.4.1 迭代过程的改进30
• 3.4.2 迭代初值的获取及迭代式运算终止条件30-32
• 3.4.3 基于割线法的NURBS曲线插补流程32-33
• 3.5 插补精度及实时性分析33
• 3.6 本章小结33-34
• 第4章 基于多项式的5段式加减速控制方法研究34-46
• 4.1 T型加减速控制方法34-36
• 4.1.1 T型加减速控制模型34-36
• 4.1.2 存在的问题36
• 4.2 S型加减速控制方法36-39
• 4.2.1 5 段式S型加减速控制方法模型36-39
• 4.2.2 5 段式S型加减速控制方法存在问题39
• 4.3 基于多项式的5段式加减速控制方法研究39-45
• 4.3.1 基于多项式的5段式加减速控制方法模型39-44
• 4.3.2 基于多项式的5段式加减速控制性能分析44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 仿真验证及结果分析46-58
• 5.1 仿真环境、工具及实验对象46-47
• 5.2 仿真平台的搭建及仿真流程47-49
• 5.2.1 仿真平台的搭建47-48
• 5.2.2 实验仿真流程48-49
• 5.3 基于割线法的NURBS插补算法实时性验证49-52
• 5.3.1 仿真参数49
• 5.3.2 仿真结果及分析49-52
• 5.4 基于5段式多项式加减速算法速度平稳性验证52-56
• 5.4.1 仿真参数53
• 5.4.2 仿真结果及分析53-56
• 5.5 本章小结56-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果62-63
• 致谢63

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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 赵录刚;NURBS曲线的光顺问题研究[D];西北大学;2001年

9 王群;五轴联动双NURBS曲线插补算法研究[D];湖南大学;2012年

10 赵明旭;抛光机床的PID控制及NURBS曲线插补研究[D];吉林大学;2015年

  本文关键词：NURBS曲线插补算法及加减速控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：456395