样条曲线插补算法及其自适应速度控制研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HC_luopo
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随着科学技术的发展,样条曲线在汽车、航空航天、轮船和模具等行业的复杂曲线曲面零部件的设计和制造中具有越来越重要的作用。样条曲线的插补技术近几年来也越来越受到重视,越来越多的研究人员对其展开了研究、开发以及应用,这也成为了数控技术的主要研究方向之一。插补是数控系统的核心,其算法的优劣直接影响数控系统的性能。数控系统中的插补功能也一直是评价该数控系统性能的主要指标。本文研究了空间中曲线的参数化表达的具体形式,并分析了其与非参数化表示相比的优势,分析了空间中样条曲线的来源、定义及其研究价值。在分析现在数控系统中常用的泰勒展开式样条曲线插补算法不足的基础上,本文采用一种基于泰勒展开式和阿达姆斯微分方程求解法相结合的插补算法。该算法运用微分取代了泰勒展出式中的导数计算,避免了复杂的导数计算,并且运用前后差分对微分进行了进一步的简化,更好地保证了插补的实时性,同时,采用预估—校正的方法对插补参数进行校正,保证了样条曲线插补的迭代精度。加减速控制是插补算法的重要组成部分。本文在分析研究目前数控系统中几种常用的加减速控制算法优缺点的基础上,采用一种三次多项式加减速控制算法,并且采用前加减速的速度控制方式,这很好地保证了样条曲线插补加工的轮廓精度,有效地避免了机床运动过程中产生冲击。同时,综合考虑样条曲线插补过程中的弦高误差和加速度控制,根据插补精度要求实现速度的自适应控制,很好地保证了样条曲线插补的插补精度。本文针对在样条曲线加工中具有独特优点的五次样条曲线进行了相关研究,分析研究了空间中五次样条曲线参数化表达式的基本构造过程,介绍了五次样条曲线插补的硬件结构平台及其实现原理。根据本文所提出的样条曲线插补算法以及三次多项式加减速控制算法,针对五次样条曲线利用CCS软件开发平台对以TMS320C6713芯片为核心硬件平台进行了编程实验,并且通过对实例的实验分析,验证了本文所设计的样条曲线插补算法的正确性和有效性。
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