nurbs插补运动控制算法的研究

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1、国内图书分类号：TP273国际图书分类号：621.3工学硕士学位论文NURBS插补运动控制算法的研究硕士研究生：王均伟导师：王昕副教授申请学位：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2007年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C.:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONNURBSINTERPOLATIONALGORITHMCandidate:WangJunweiSupervisor:A

2、ssociateProf.XinWangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechatronicsEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2007Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要曲线曲面插补器是CNC控制系统的核心部分，插补算法将直接影响到数控系统的加工速

3、度和加工精度，是目前数控技术急需提高和完善的环节之一。随着高速、高精度加工技术的发展，自由型面零件的高精度、高速度加工成为数控加工的主要发展趋势之一。由于非均匀B样条曲线(NURBS)作为自由曲线曲面定义的唯一标准，NURBS曲线曲面插补技术也就成为近年来数控技术的一个研究热点。在本论文当中，提出了一种NURBS插补运动控制器的插补算法。与传统的插补器只能对直线和圆弧进行插补相比，该插补器能够插补NURBS曲线，且能够保持高速度和高精度加工。该插补算法能够限制在插补过程当中产生的轮廓误差和速度波动。由于在插补过程当中由于限制轮廓误差的

4、需要而产生了一些速度尖点，在这些尖点处的加速度和加加速度往往都非常大，对机床的伺服马达产生很大的冲击力，为此，本文提出的插补算法能够根据允许的最大轮廓误差、最大加速度、最大加加速度来对插补速度进行自适应调整，使其满足插补要求。主要研究内容包括以下几个方面：(1)对CNC数控系统的工作原理进行了分析，对常用插补算法进行了总结。并设计了NURBS曲线插补运动控制算法的总体结构。(2)分析了NURBS曲线的特性，阐述了NURBS曲线型值点及一阶导数、二阶导数的计算算法。考虑到MATLAB的高编程效率和C语言的高运算速度，采用MATLAB和C

5、语言进行混编的方式对所阐述的算法进行仿真。(3)分析了加减速控制算法，采用S曲线加减速速度规划算法，减小了对机床的速度冲击作用。并将数字卷积法应用到速度规划当中，取代了传统多项式函数法，大大的减少了计算量，提高了计算速度。(4)提出了一种新的NURBS曲线插补算法，该算法既考虑了进给速度的准确性，又限制了插补路径的产生的轮廓误差，同时也考虑了在插补过程当中产生的加速度和加加速度。该算法能够在保证速度精度和加工轮廓精度的同时，限制加速度和加加速度，从而减小对机床的冲击作用。本文用了一个NURBS曲线插补的例子来对提出的插补算法进行算法仿

6、真。仿真结果证明该算法能够很好的适应NURBS曲线插补的需要。I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文论文对NURBS曲线插补几个主要关键技术－NURBS曲线型值点计算、加减速控制、速度规划方法、曲线插补方法进行了深入研究，该研究符合高性能数控系统的发展趋势，对复杂型面零件的高精度数控加工具有重要意义。关键词插补；数字卷积；速度规划；加减速限制；NURBSII哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThecurveandsurfaceinterpolatorsasthekernelofCNCsystem,willaffectma-chi

7、ningspeedandmachiningaccuracydirectly,whichneedbeimprovedandperfectedextremely.Withthedevelopingoftechnologyofhighspeedandhighaccuracyma-chining,splinetechnologyhasbecomeoneofthemainlydevelopmenttrendsofCNCsystems.SinceNon-uniformRationalB-spline(NURBS)isdefinedastheonly

8、waytofreecurvesandsurfaces,NURBSreal-timeinterpolationtechnologyhasbecomeahottopicsoftheresearchesworkonCNCsys