本文關鍵詞：基于FPGA的高性能硬件NURBS曲線插補算法的研究和實現

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【摘要】：數控技術是制造業(yè)發(fā)展水平的標志,插補技術作為數控技術的關鍵技術,決定著零件的加工效率和加工精度。NURBS插補技術改善了傳統插補技術中以微小直線段代替自由曲線帶來的效率低和精度差的缺點,因此,NURBS插補技術的研究對數控技術的發(fā)展具有極其重要的意義。 本文在研究NURBS曲線及其性質的基礎上,詳細介紹了NURBS曲線上點和導矢的求值方法。采用NURBS曲線的矩陣表達式對曲線進行預處理,計算相關系數以便實時插補過程中的調用。在分析對比了阿當姆斯微分法、牛頓迭代法和泰勒展開法的基礎上,選擇了泰勒展開法為研究的插補算法的參數求值方法,通過對NURBS曲線上速度敏感點的判別,將NURBS曲線分段處理。采用局部圓弧逼近法,實現NURBS插補過程中的速度自適應調整,滿足了加工精度的要求,提高了加工的質量。在加減速控制方面,采用了S型加減速的控制方法,為解決減速點預測不準的問題,提出了一種基于級聯濾波器的S型加減速控制方法,該方法采用級聯濾波器對進給速度濾波控制,使速度過渡平穩(wěn),避免了加工過程中的沖擊。 在實驗仿真中,對插補算法模塊化處理,在VS2005編程環(huán)境中實現了插補算法,并利用MATLAB對數據進行處理,分析驗證了設計的插補算法的可行性。 在NURBS插補算法的硬件平臺實現中,首先分析了插補系統的架構,在SOPC開發(fā)流程的基礎上,定制了NURBS插補算法的軟核處理器,并將軟件代碼移植到Nios II的軟件環(huán)境當中,實現了插補算法,利用軌跡加工對NURBS插補算法進行實例驗證,結果表明了NURBS插補算法的優(yōu)越性。
【關鍵詞】：NURBS 插補算法 加減速控制 級聯濾波器 FPGA
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-12
• 插圖清單12-14
• 第一章 緒論14-24
• 1.1 引言14
• 1.2 數控技術發(fā)展綜述14-17
• 1.2.1 數控技術的發(fā)展14-15
• 1.2.2 數控技術的特征15-16
• 1.2.3 數控系統的組成16-17
• 1.3 插補技術發(fā)展綜述17-20
• 1.3.1 插補技術概述17-18
• 1.3.2 NURBS插補技術的發(fā)展18-20
• 1.4 FPGA技術發(fā)展綜述20-22
• 1.4.1 FPGA概述20-21
• 1.4.2 FPGA在數控系統的應用21-22
• 1.5 本課題研究意義及內容22-24
• 1.5.1 本課題研究意義22
• 1.5.2 本課題研究內容22-24
• 第二章 NURBS曲線相關數學理論24-31
• 2.1 引言24
• 2.2 NURBS曲線數學基礎24-30
• 2.2.1 NURBS曲線的定義24-26
• 2.2.2 NURBS曲線的性質26-28
• 2.2.3 NURBS曲線的求值28-30
• 2.3 小結30-31
• 第三章 NURBS曲線插補算法31-54
• 3.1 引言31
• 3.2 插補算法原理31-33
• 3.2.1 插補算法的分類31-32
• 3.2.2 NURBS曲線插補原理32-33
• 3.3 NURBS曲線插補算法33-44
• 3.3.1 NURBS曲線表達式預處理33-35
• 3.3.2 速度敏感點的計算35-36
• 3.3.3 NURBS曲線實時插補方法36-38
• 3.3.4 NURBS曲線插補算法的改進38-42
• 3.3.5 速度自適應調整42-44
• 3.4 NURBS曲線插補進給速度控制44-52
• 3.4.1 加減速控制的方法44-45
• 3.4.2 S型加減速的實現45-49
• 3.4.3 加減速濾波器的設計49-52
• 3.5 小結52-54
• 第四章 NURBS插補算法實驗54-62
• 4.1 實驗環(huán)境54
• 4.2 算法程序模塊劃分54-56
• 4.2.1 速度敏感點判別模塊54-55
• 4.2.2 速度規(guī)劃模塊55
• 4.2.3 插補模塊55-56
• 4.3 實驗仿真56-61
• 4.4 小結61-62
• 第五章 基于FPGA的NURBS曲線插補算法實現62-79
• 5.1 引言62
• 5.2 基于FPGA的硬件基礎62-63
• 5.2.1 FPGA 簡介62-63
• 5.2.2 FPGA開發(fā)基礎63
• 5.3 NURBS插補架構設計63-66
• 5.3.1 架構分析63-64
• 5.3.2 SOPC系統開發(fā)流程64-66
• 5.4 NiosⅡ軟核處理器的定制66-72
• 5.4.1 FPGA芯片選型66
• 5.4.2 NiosⅡ軟核的建立66-70
• 5.4.3 PLL的設計70-72
• 5.5 NURBS插補算法在NiosⅡ中的軟件實現72-76
• 5.6 NURBS插補算法實例驗證76-78
• 5.7 小結78-79
• 第六章 總結與展望79-81
• 6.1 研究成果總結79
• 6.2 研究前景展望79-81
• 參考文獻81-84
• 攻讀碩士學位期間的學術活動及成果情況84

【參考文獻】

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本文編號：812384