嵌入式数控系统的实时NURBS曲线插补算法的研究与实现

摘要

作为现代装备制造自动化核心和基础支撑技术之一，数控技术推动着传统制造业产业革新和升级。嵌入式数控系统由于其适应性、实时性和可靠性的优点正在得到越来越广泛的应用。而随着数控系统向着高速高精度方向的快速发展，NURBS曲线插补技术成为迅速提高数控系统性能和市场竞争力的关键。
　　本文针对NURBS曲线插补的快速计算问题开展研究，基于Hamming方法对插补参数进行线性预估，并基于Steffensen迭代法对步长误差进行校正补偿，在PC环境下的仿真表明算法计算速度快、计算精度高、速度波动小。同时利用曲线曲率上升或下降特性对曲线进行分段速度规划，在前瞻插补中综合应用了S曲线型加减速算法、三次多项式型加减速算法和自适应速度控制方法，前瞻算法计算简便、满足柔性要求且符合机床自身性能。在NUC950为核心处理器的嵌入式数控硬件系统上，搭建了基于实时Linux的嵌入式数控平台，并编写了矩阵键盘、液晶显示屏等硬件设备驱动。其中标准内核通过RT-Preempt补丁完成任务调度和中断响应的实时性改造。另外，译码、精插补和QT图形界面等应用程序也集成在数控系统中实现。最后，通过插补算法在嵌入式数控系统中的完整正确运行和零件加工实验验证了插补算法的有效性和实际应用价值。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 数控系统研究背景

1.2 课题研究现状

1.3 本文主要研究意义

1.4 本文内容安排

第二章 NURBS曲线实时预估校正插补算法

2.1 NURBS曲线的表示及计算

2.2 NURBS曲线插补算法基础

2.3 基于Steffensen迭代法的参数预估校正算法

2.4 参数预估校正插补算法仿真

2.5 本章小结

第三章 前瞻NURBS曲线加减速算法

3.1 自适应速度控制

3.2 常见加减速方法比较分析

3.3 基于多项式加减速和S型加减速的前瞻方法

3.4 前瞻加减速算法仿真

3.5 本章小结

第四章 基于NUC950的嵌入式数控系统

4.1 嵌入式数控系统硬件平台

4.2 数控系统软件架构

4.3 嵌入式数控系统软件平台搭建

4.4 嵌入式数控系统功能软件设计

4.5 本章小结

第五章 NURBS曲线插补算法的实现

5.1 NURBS曲线插补算法在NUC950平台的验证

5.2 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文