基于BP神经网络的NURBS曲线插补方法研究

摘要

随着汽车、电子工程及自动控制技术的快速发展，传统的制造技术已经不能完全满足人们的需要，只有大力发展现代制造技术才能满足新的生产需求。数控技术是现代制造技术中的关键技术，加快发展新型的开放式数控系统也成了重中之重。插补功能的好坏将直接影响数控系统的性能，因此，大力发展数控系统中的插补模块技术，尤其应加强曲线曲面直接插补方法的研究，对改善复杂曲线曲面零件加工质量意义重大。
　　由于NURBS(Non-UniformRationalB-Spline)具有良好的数学性能，它能够对标准的自由曲线、解析曲线进行精确统一的表示，在CAD/CAM领域内具有良好的应用。所以在复杂曲线曲面零件的加工过程中，广泛使用NURBS曲线曲面进行直接插补，有效地解决了复杂零件的加工问题。
　　本文把NURBS曲线直接插补方法作为研究对象，目的在于提高其插补精度与插补效率，具体研究内容如下:
　　先对NURBS曲线、曲面进行理论分析，包括样条曲线的发展历史，NURBS曲线、曲面的定义方程及性质等内容;重点介绍了NURBS曲线反求设计实现方法，利用MitutoyoCrysta-ApexC7106三坐标测量仪，对罗技鼠标上的一条自由曲线进行测量，根据测量出的数据点集，通过反求算法确定出该条NURBS曲线;然后对BP神经网络的原理、构成及其设计技巧等进行介绍，并且将其应用到NURBS曲线插补中，完成了对参数u的预估计算，提高了NURBS曲线的插补效率，同时为使该插补方法能够满足数控机床及系统的实时性要求，还考虑了弓高等因素对插补计算的影响，最后通过实例对改进后的插补方法进行验证;利用VC++和MATLAB软件完成了NURBS曲线自动插补系统的发计。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题的研究背景及意义

1．2 发展趋势及研究现状

1．2．1 数控插补技术概述

1．2．2 数控插补技术的发展概况

1．2．3 曲线曲面插补的国内外研究现状

1．3 课题的研究内容

1．4 本章小结

第2章 NURBS曲线曲面基础

2．1 贝齐尔曲线

2．2 B样条曲线

2．2．1 B样条曲线方程

2．2．2 B样条曲线的性质与特点

2．3 NURBS曲线

2．3．1 NURBS曲线的方程

2．3．2 NURBS曲线的性质

2．3．3 NURBS曲线的特点

2．4 NURBS曲面

2．4．1 NURBS曲面方程

2．4．2 NURBS曲面的性质

2．5 本章小结

第3章 NURBS曲线的反求设计

3．1 反求工程简介

3．2 数据的获取

3．2．1 测量方法

3．2．2 测量实例

3．3 数据的分析与处理

3．3．1 数据分析

3．3．2 数据处理

3．3．3 数据分块与参数还原

3．4 NURBS曲线的反求设计

3．4．1 反求节点矢量

3．4．2 反求控制顶点

3．4．3 实例

3．5 NURBS曲面的反求设计

3．6 本章小结

第4章 BP神经网络理论

4．1 BP神经网络概述

4．2 BP神经网络的学习过程

4．3 网络结构设计

4．3．1 输入、输出层节点数

4．3．2 隐含层节点数

4．3．3 初始值的选择

4．4 BP神经网络的特点

4．5 本章小结

第5章 基于BP神经网络的NURBS曲线曲面插补

5．1 NURBS曲线插补原理

5．2 NURBS曲线插补方法的改进

5．2．1 基于BP神经网络的节点参数u的预估

5．2．2 实时插补运算

5．2．3 实时NURBS曲线插补流程

5．3 基于BP神经网络的NURBS曲面插补方法

5．4 插补方法的实现

5．4．1 MATLAB软件简介

5．4．2 插补实例

5．5 本章小结

第6章 NURBS曲线自动插补系统的设计

6．1 自动插补系统的总体方案设计

6．2 自动插补系统的设计

6．2．1 反求模块的设计

6．2．2 插补处理模块设计

6．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的学术论文