连续小线段前瞻插补算法的设计与实现--《哈尔滨工业大学》2012年硕士论文
连续小线段前瞻插补算法的设计与实现
【摘要】：在一些不平滑的曲线及复杂型面加工中，通常采用连续小线段来拟合。对于连续小线段的加工，容易出现机床振动，插补过切等严重问题，从而导致加工的效率较低，加工精度不高。在该领域，国外已有大批学者从事该方向的研究。而国内，在该方向的研究起步较晚，技术实力非常有限。本文中从二维角度出发，研究平面连续小线段插补算法，并将该算法应用到运动控制卡中。对于完善运动控制卡的插补功能，提高其应用领域，发展民族工业具有非常重要的实际意义。
在理论研究上，本文将连续小线段插补划分为三大块内容。首先，通过对S形曲线速度规划和其它速度规划的优缺点研究及对小线段插补速度规划特征的深入研究，本文提出并建立了非对称S形曲线速度规划的算法模型。而且针对插补过程中遇到的超短线段，采用本文提出的非对称S形曲线速度算法，能获得更高的插补最大速度。从实验验证中得到采用本文的非对称S形曲线速度规划可以得到更高的插补效率。其次，通过对常用过渡方法的优缺点及拐点过渡的研究。本文在理论上提出了一种新的拐角过渡方法，即复合型过渡法。在该过渡法的基础上实现的小线段插补能在高精度范围内获得更高的拐角过渡速度。再次，通过对前瞻控制的研究，本文将该控制方法应用到连续小线段插补中。它通过预读小线段来发现并处理危险点，有效平衡了效率和精度的矛盾关系，使得连续小线段的插补效率得到很大的提高。
当算法移植到运动控制卡中调试时，通过本文设计的NC译码器来处理原始G代码信息，将其转换为前瞻插补能够识别的信息。本文在软件系统中设计FIFO缓存器用来实现预处理信息的存储。插补系统采用粗插补与精插补相结合的方法来提高插补精度，软件实现粗插补，即时间分割法插补。
最后通过仿真验证，得出结论：与非前瞻性控制连续小线段插补方法比较，前瞻控制提高了连续小线段插补的精度和效率。
【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TG659【目录】：
摘要4-5Abstract5-9第1章 绪论9-15 1.1 课题背景9-11 1.2 本课题研究的目的及意义11-12 1.3 连续小线段前瞻插补的国内外研究现状及发展趋势12-14 1.4 本课题的主要研究内容14-15第2章 非对称 S 形曲线速度控制15-27 2.1 引言15 2.2 非对称 S 形曲线速度规划算法的意义15-16 2.3 对称 S 形速度规划研究16-17 2.4 非对称 S 形曲线速度控制17-19 2.5 非对称 S 形曲线速度控制算法实现19-24
2.5.1 超小直线段处理19-20
2.5.2 非对称 S 曲线算法实现条件20-24 2.6 算法分析24-26 2.7 本章小结26-27第3章 拐角过渡建模及衔接速度研究27-40 3.1 引言27 3.2 拐角过渡模型的意义27 3.3 拐角过渡处理模型建立27-35
3.3.1 第 I 类型夹角过渡模型28-29
3.3.2 第 II 类型夹角过渡模型29-31
3.3.3 第 III 类型夹角过渡模型31-35 3.4 拐角最优速度求解35-36
3.4.1 最大加速度限制35
3.4.2 曲率和弓高误差限制35-36
3.4.3 最优拐点速度确定36 3.5 线段长度对拐角速度限制36-37 3.6 算法分析37-39 3.7 本章小结39-40第4章 LOOK-AHEAD 控制及其插补器的设计40-48 4.1 引言40 4.2 数据缓存器设计40-42 4.3 NC 译码器设计42-43 4.4 插补器设计43-45
4.4.1 粗插补43-44
4.4.2 精插补44-45 4.5 Look-ahead 控制实现流程45-47
4.5.1 Look-ahead 控制的顺序运算45-46
4.5.2 Look-ahead 控制的逆运算46-47 4.6 本章小结47-48第5章 连续小线段前瞻插补实验及分析48-58 5.1 引言48 5.2 Matlab 仿真实验48-57
5.2.1 实验一：四段式连续线段插补实验验证48-52
5.2.2 实验二：连续小线段拟合小蜜蜂图案插补实验52-57 5.3 本章小结57-58结论58-59参考文献59-63致谢63
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广州汽车学院 课程设计说明书
基于单片机数控系统插补控制设计
机电工程系
业 机械工程及其自动化
机械工程及自动化专业
课程设计任务书，内容如下： 设计题目：
基于单片机数控系统插补控制设计
应完成的项目：
（1）调研、搜集整理课题的相关资料，确定设计整体方案。
（2）理解并熟悉数控系统插补原理。
根据插补原理，用Visual C++实现其模拟仿真。
单片机开发环境（μVision ）下，编程实现插补。
完成设计说明书，准备答辩。
参考资料以及说明：
数控技术。
单片机原理及应用。
Visual C++编程相关资料。
本设计任务书于2010 年11月29日发出，应于2010 年 12月22 日前完成，然后进行答辩。 指导教师
2010 年 11 月
29 日 课程设计评语： 课程设计总评成绩： 指导教师签字：
1．插补的基本概念 5
2．对插补器的基本要求 5
3. 插补器的的分类 5
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数控车床凯恩帝系统在编程圆弧插补中W代表什么？
G03 X26 W1 R1 F100,例,
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Z向正方向走一毫米。R1,逆时针。X26,半径为一毫米的圆弧。,圆弧终点X坐标值。W1,G03圆弧插补,
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w只是相对的,,指在z轴原有坐标的基础上圆弧向正方向加工一毫米,
增量值指令。表示指令刀具从前一个位置到下一个刀具位置的移动位移量。而你在例题中W代表的就是增量值指令。
W增量方式编程。是说在Z原有的基础上加1。R是圆弧的半径1。
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