發(fā)布時(shí)間：2020-09-09 16:28

　　 多軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù),是數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)高速高精的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床大多只支持直線、圓弧插補(bǔ),不能直接進(jìn)行自由曲線曲面的加工。若采用NURBS曲線插補(bǔ)技術(shù),不僅能夠提高機(jī)床加工速度和精度,還能改善零件表面的光滑度。因此,本文對NURBS插補(bǔ)算法進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容如下:對NURBS曲線性質(zhì)及其參數(shù)計(jì)算方法進(jìn)行研究,采用泰勒公式對NURBS參數(shù)曲線進(jìn)行展開,對截短誤差、曲率、法向加速度、弓高誤差等影響NURBS曲線插補(bǔ)精度的因素進(jìn)行分析并確定加工過程中進(jìn)給速度的約束條件,保證NURBS算法實(shí)時(shí)插補(bǔ)過程中進(jìn)給速度滿足機(jī)床的系統(tǒng)限制和誤差要求。研究比較梯形加減速算法、指數(shù)加減速算法和S形加減速算法的性質(zhì)和特點(diǎn),選擇S形加減速算法對NURBS曲線插補(bǔ)的進(jìn)給速度進(jìn)行加減速規(guī)劃。根據(jù)NURBS曲線插補(bǔ)起始速度和進(jìn)給步長對S形加減速算法的模式進(jìn)行分類,詳細(xì)介紹了不同模式下的S形曲線加減速的運(yùn)行階段,介紹不同模式下的路徑長度和進(jìn)給速度求解的計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合可控弓高誤差控制理論,提出基于S形曲線加減速規(guī)劃的NURBS曲線插補(bǔ)方法。在對基于S形曲線加減速規(guī)劃的NURBS曲線插補(bǔ)方法研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一款嵌入式數(shù)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采用ARM+FPGA的架構(gòu),ARM負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)通信、異常處理等功能,采用modbus協(xié)議與觸摸屏通信,采用uC/OS進(jìn)行任務(wù)調(diào)度并設(shè)計(jì)多任務(wù)申請消息隊(duì)列的方式來提高各任務(wù)訪問數(shù)據(jù)的效率。FPGA負(fù)責(zé)插補(bǔ)計(jì)算、速度規(guī)劃和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等功能的實(shí)現(xiàn),減輕了ARM處理器的負(fù)載,提升了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和插補(bǔ)精度。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),利用嵌入式數(shù)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及MATLAB進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分析。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和插補(bǔ)過程中速度、加速度等數(shù)據(jù)的分析,證明本文所提算法正確、有效。
【學(xué)位單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG659
【部分圖文】：

這項(xiàng)技術(shù)以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于對成本、體積、可靠性、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)�；� ARM 的嵌入式片上系統(tǒng) SOC 已經(jīng)在無線設(shè)備、工業(yè)系統(tǒng)、電子產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用[37-38]，而嵌入式系統(tǒng)在數(shù)控技術(shù)上的應(yīng)用也越來越廣泛，這種系統(tǒng)被稱為嵌入式數(shù)控系統(tǒng)。圖 1.1 為嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

完成了硬件平臺(tái)搭建、任務(wù)調(diào)度方式、多任務(wù)訪問數(shù)據(jù)等問題的研究，并對算法進(jìn)行了測試，證明算法的正確性。第五章：總結(jié)與展望。課題主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線如圖 1.2 所示。

第三章 加減速算法研究服電機(jī)控制原理多軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)系統(tǒng)中，電機(jī)是速度規(guī)劃算法實(shí)現(xiàn)的載體，是數(shù)控精的關(guān)鍵，因此選擇一款穩(wěn)定性好、可靠性高、控制精度高的電度有著重要意義。本文以伺服電機(jī)作為研究對象，通過對速度規(guī)實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的加減速控制。伺服電機(jī)是伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)位置控制的關(guān)鍵，通過伺服系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床可以實(shí)。伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示，包括伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)本體以數(shù)控系統(tǒng)的加工過程中，多軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)器根據(jù)算法規(guī)劃的速度來服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)最終轉(zhuǎn)化為工件或者刀具的運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)通常還包括編碼器和光柵尺等將電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和工件的裝置。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳闖;吳繼春;楊世平;周友行;馬秋成;;基于NURBS曲線的S型級數(shù)式速度規(guī)劃算法[J];計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng);2015年12期

2 楊亮亮;許守金;史偉民;葛宏偉;;基于牛頓迭代法的S形加減速時(shí)間算法研究[J];中國機(jī)械工程;2015年07期

3 王麗梅;劉瑞;;混合型加減速前瞻規(guī)劃的多節(jié)NURBS曲線插補(bǔ)策略[J];中國機(jī)械工程;2014年03期

4 趙偉;黃瑩;唐厚君;;基于FPGA的多軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)控制器的設(shè)計(jì)[J];電氣自動(dòng)化;2013年02期

5 羅鈞;汪俊;劉學(xué)明;張平;陳建端;;基于S型加減速的自適應(yīng)前瞻NURBS曲線插補(bǔ)算法[J];計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng);2013年01期

6 羅福源;游有鵬;尹涓;;NURBS曲線S形加減速雙向?qū)?yōu)插補(bǔ)算法研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年05期

7 耿聰;于東;張曉輝;;五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中的刀具軌跡控制算法[J];中國機(jī)械工程;2010年24期

8 周剛;李岸;鄔義杰;;基于綜合約束的微小直線段速度連續(xù)規(guī)劃算法[J];組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù);2010年10期

9 陶佳安;高勝林;游清寧;施群;;連續(xù)微段前瞻及加減速算法[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2010年09期

10 潘海鴻;楊微;陳琳;譚華卿;孫紅濤;;全程S曲線加減速控制的自適應(yīng)分段NURBS曲線插補(bǔ)算法[J];中國機(jī)械工程;2010年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 王海濤;數(shù)控系統(tǒng)速度前瞻控制算法及其實(shí)現(xiàn)[D];南京航空航天大學(xué);2011年

2 陳興武;嵌入式數(shù)控工具磨削系統(tǒng)的六軸聯(lián)動(dòng)建模及控制算法研究[D];中南大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前9條

1 馬永超;基于DSP+FPGA多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研究與實(shí)現(xiàn)[D];西南科技大學(xué);2015年

2 房于莘;串聯(lián)機(jī)器人的多軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2015年

3 徐杰;伺服電機(jī)多軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];浙江理工大學(xué);2015年

4 華磊;一種六軸工業(yè)機(jī)器人及多軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[D];華南理工大學(xué);2014年

5 楊中群;多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D];武漢理工大學(xué);2013年

6 馬漢波;多軸機(jī)器人聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2013年

7 季明逸;多軸同步控制策略的研究與實(shí)踐[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 馮健;基于ARM的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2012年

9 鄭蓉建;基于復(fù)雜曲線插補(bǔ)的數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];燕山大學(xué);2006年

本文編號：2815208