B-Spline曲线聚风装置直线翼垂直轴风力机启动性能数值模拟

为了提升直线翼垂直轴风力机的启动性能,基于B-Spline曲线生成方法,提出一种具有流线型轮廓的聚风装置,将其分别安装在风轮顶端和底端,用以提升风轮附近的来流风速,使风轮汲取更多风能,达到更易启动的特点.选取聚风装置的5个结构参数进行设计:聚风装置与风轮间隙距离ΔL、底圆半径R_(1)、顶圆半径R_(2)、入口角度α_(1)和出口角度α_(2).设计方法采用二次旋转正交组合筛选最优模型,通过三维数值模拟研究聚风装置参数对直线翼垂直轴风力机启动性能的影响,获得了最佳外形参数组合.此外,对有无加装聚风装置的直线翼垂直轴风力机进行了静态三维数值模拟.结果表明,通过添加具有外凸流线型轮廓的聚风装置,直线翼垂直轴风力机的启动性能有显著提升.在风速较低的情况下,性能改善更加明显.聚风装置可使直线翼垂直轴风力机的平均启动力矩系数最大增加38.8%,峰值平均启动力矩系数最大可增加31.2%.

基于二元三次B样条拟插值的反应-扩散方程数值解

反应-扩散方程在科学和工程的许多分支中有着重要的应用,对此类方程数值解的研究具有重要意义.鉴于计算域的复杂形状、大量的自由度等导致计算非常困难,提出张量积型二元三次B样条法求解一类分数阶反应-扩散方程和交叉反应扩散系统,首先计算得出二元三次B样条拟插值的矩阵表达式,然后利用Matlab进行数值模拟,最后将数值模拟解与精确解进行对比.研究表明,当变量t的迭代次数较低时,所提方法行之有效.

基于B样条线圈模型的段染纱针织物外观模拟

针对段染纱针织物花纹预测困难且现有织物模拟方法真实感有待提升的问题,提出了一种基于真实段染纱的针织物外观模拟方法。首先,使用图像处理技术对获取的段染纱图像进行阈值分割和形态学处理等预处理,从原始图像中提取纱线主体区域。然后,从真实织物中提取线圈点位信息,借助最小二乘拟合构建B样条线圈曲线,并根据曲线将段染纱真实图像映射为线圈图像。最后,在考虑线圈交织覆盖关系以及光照因素后,通过排列线圈实现纬平针针织物及其系列针织面料的外观模拟。结果表明:所模拟的线圈模型能够还原真实线圈中的纱线走向,且模拟织物外观花纹效果与实物一致,整体呈现出较好的真实感。

利用BéZier和B样条曲线模拟飞机航迹的方法

为克服用运动方程生成航迹曲线时无法控制曲线形状的缺陷,根据民航飞机遵循计划航路点飞行的特点,提出了利用BéZier曲线和B样条曲线生成飞机航迹的方法.用直线段距离和逼近BéZier曲线和开放均匀B样条曲线的长度近似计算航迹曲线长度,根据飞行计划中航路点位置的相互关系和飞机实时飞行的速度、位置等,生成BéZier曲线飞行航迹控制点后得到航迹曲线,此外,B样条曲线则不需要生成新控制点就能产生合理的航迹曲线;利用相应的BéZier曲线或开放均匀B样条曲线插值公式计算出下一个航迹点位置.仿真结果表明:用本文两种方法计算出的航迹与真实航迹相符;与运动方程方法相比,具有能生成多种形状航迹曲线的优势;在18个航路点条件下,用BéZier曲线模拟航迹的计算时间为0.13 s,满足实时性要求.

非均匀有理B样条曲线直接插补进给速度规划

在非均匀有理B样条直接插补算法中,为了提高插补实时性、克服前瞻规划算法的缺点,提出了基于进给速度预处理曲线的进给速度规划方法。该方法在插补前,通过建立进给速度预处理曲线来取代非均匀有理B样条曲线实时插补进给速度规划的前瞻算法。在速度规划过程中,为了防止进给加速度和加加速度超过机床性能要求,在曲线曲率变化较大的区域,采用基于逐点比较计算的方法规划每个参数点处的进给速度。通过MATLAB仿真表明所提方法具有较高的加工精度、良好的进给速度平滑效果和实时插补性能。

高档数控机床B样条曲线高速实时插补研究

为了解决高档数控机床在B样条曲线加工时存在插补计算量大、型值点确定比较麻烦、控制精度不高等问题,提出了一种B样条曲线高速实时插补的方法。经具体实例在MATLAB 7.0上仿真,结果表明插补误差明显减小、控制精度显著提高,满足高速、高精度实时插补的要求。对应用该插补算法解决B样条曲线插补等问题具有重要的现实意义。

NURBS插补中的速度规划与参数计算

为满足数控机床高速度、高质量加工的需求,提出一种新的非均匀有理B样条曲线插补算法。该算法包括速度规划和参数计算两部分。速度规划部分采用五段S曲线加减速控制方法,能够保证高速运行过程中加速度的连续,使机床运行平稳,避免产生激烈的震颤;参数计算部分应用抛物线插值结合牛顿迭代的方法计算插补参数,将实时插补时产生的进给速度波动控制到理想水平,从而进一步减小机床震颤。仿真实验表明,该算法能够减小机床振动,实现高质量加工。

基于三次B样条的曲线逼近算法及其收敛性

为了改进传统的插值样条曲线算法不易于后期处理和实时局部修改、B样条算法不能满足精度要求的缺点,提出了一种基于三次B样条的曲线逼近算法[1]。该算法以三次B样条为基础对曲线的逼近领域进行了研究,通过大量的数值实验证明了该算法的可行性及高效性。该算法通过结合插值样条与B样条的各种优点,有效避免了传统算法的不足。同时,对该算法的收敛性进行了理论证明。数值实验表明了该算法具有收敛速度快、精度高且编程易实现等优点,为曲线研究提供了可供参考的有效算法。

基于遗传算法和模拟退火算法的B样条曲线拟合

本文根据遗传算法和模拟退火算法各自的优缺点,提出将遗传算法和模拟退火算法相结合的方法用在曲线拟合上,在B样条曲线拟合过程中设计了新的适应度函数和遗传算子,有效地解决了用遗传算法进行B样条曲线拟合时局部效果好、整体效果不好的问题。最后数值实验验证了算法的可行性。

非均匀有理B样条曲面五轴加工数控指令的构建与处理

为了将非均匀有理B样条曲面的几何信息和工艺信息完整地传输到计算机数字控制系统中,提出了一种新的非均匀有理B样条曲面,直接插补G指令与加工信息的传输和处理机制。解决了传统的非均匀有理B样条曲面加工方法中将曲面离散成曲线时,丢失待加工曲面与刀具接触点的法向信息和刀具轨迹切向信息的问题,有助于在计算机数字控制中实现在线三维刀具补偿和智能控制。仿真结果证实了这种方法的有效性和准确性。

三次B样条曲线的四杆机构形状优化与仿真

四杆机构运动过程中输出的摆动力和摆动矩较大,导致机构产生很大的噪音,不能很好地满足工作环境的要求.对此,针对四杆机构形状问题进行了优化,实现输出的摆动力和摆动矩最小化.构造四杆机构的运动简图,对四杆机构运动进行受力分析,给出了输出摆动力和摆动矩的计算公式,引入了B样条曲线构造四杆机构的形状.B样条曲线的控制点作为设计变量,结合具体实例确定四杆机构中需要优化的目标对象,采取遗传算法搜索出最优解,对相关参数进行仿真.仿真结果显示,优化前输出的摆动力和摆动矩最大值大约分别为19N和30N·m,优化后输出的摆动力和摆动矩最大值大约分别为6N和12N·m.优化后的四杆机构输出的摆动力和摆动矩相对较小,运动比较平稳,噪音较低,效果较好.

五轴联动NURBS曲线插补方法的研究

具有五轴联动功能的高档数控机床的设计和制造能力代表了现代装备制造业的技术水平,自主开发的五轴联动数控系统需要突破一系列的关键技术。在比较了2种不同的五轴参数插补方式的基础上,提出一种适合五轴联动加工的双非均匀有理B样条(NURBS)曲线数据格式,然后详细给出了保持恒定进给速度的插补算法和实现过程。

B样条曲面在模具型腔表面描述中的应用

本文以三通管挤胀成形模具为例，采用双三次均匀Ｂ样条曲面对该模具的型腔表面进行了几何描述。结果表明，这种方法可以为三通管挤胀成形过程的数值模拟中的动态边界条件处理提供灵活、方便的几何信息，为在数值模拟中实现动态边界条件处理打下良好的基础。

基于散乱数据的层次B样条曲面重构算法的数值模拟

针对散乱数据的层次B 样条曲面重构算法,给出了算法的数值模拟过程,证明算法的可行性、有效性及优良性。

五轴联动数控激光加工系统的空间曲线B样条插补算法研究

五轴联动计算机数控激光加工系统是多功能综合性的机电一体化设备 ,可进行平面和三维曲面的切割、焊接等激光加工。传统的CNC系统往往只提供直线和圆弧插补功能 ,不能满足CAD系统的曲线和曲面造型能力对CAM系统的要求。本论文针对复杂轮廓零件数控加工的需要 ,提出了一种新的空间曲线B样条插补五轴联动算法 。

基于B样条曲线的工业机器人运动轨迹误差优化研究

为了降低工业机器人运动轨迹跟踪误差,提高机器人运动的稳定性,采用混合算法优化工业机器人运动轨迹,并对跟踪误差进行仿真验证。建立工业机器人三维模型简图,根据D-H方法和三角函数关系式推导出各个关节角位移运动方程式。采用B样条曲线设计工业机器人运动轨迹,引用粒子群算法并进行改进,设计出混合算法并优化B样条曲线,给出了混合算法优化迭代曲线。采用Matlab软件对工业机器人关节角位移跟踪误差进行仿真验证,与优化前角位移跟踪误差结果进行对比。结果显示:优化前,工业机器人各个关节运动角位移跟踪产生的最大误差为0.164 rad,跟踪误差较大,误差整体波动幅度较大;优化后,工业机器人各个关节运动角位移跟踪产生的最大误差为0.085 rad,误差降低了48.2%,跟踪误差较小,误差整体波动幅度较小。采用混合算法优化工业机器人运动轨迹,可以降低工业机器人运动轨迹跟踪误差,从而提高机器人运动的稳定性,能够提高工业机器人对产品的加工精度。

基于递推B样条曲线/曲面拟合的板形动态仿真

针对冷轧带钢生产过程对在线板形可视化的实际需求,该文提出基于B样条曲线拟合的横截面板形仿真和基于递推B样条曲面拟合的平直度板形仿真方法,并利用实际过程数据进行了仿真应用。结果表明,所提方法具有拟合误差小、板形缺陷特征易提取和三维板形显示效果逼真等优点,可作为实际轧制生产过程的一种实用技术手段。

用B样条神经网络控制非线性系统的混沌运动

采用B样条神经网络,通过选取混沌系统不稳定周期轨道的不动点附近的数据作为参数扰动模型输入样本的学习,把该模型训练成神经网络混沌控制器,从而预测出混沌系统将来时刻的时间序列,获得控制混沌系统的扰动信号.用该扰动信号,将嵌入在混沌吸引子中不稳定周期轨道镇定到稳定的不动点处.通过对Henon映射的数值仿真实验,证明采用B样条神经网络控制非线性混沌运动是有效的.

基于B样条曲线的配气机构凸轮优化与仿真

针对当前配气机构在高速运动过程中存在噪声大、精度低等问题,采用改进B样条曲线设计凸轮轮廓.创建了配气机构模型简图,采用B样条曲线函数设计凸轮轮廓.确定凸轮轮廓控制的设计变量,构造优化目标函数,对凸轮运动条件进行约束,引入了改进粒子群算法优化B样条曲线.采用Matlab软件对优化后配气机构动力学性能进行仿真,并与优化前动力学性能进行对比和分析.仿真曲线显示:优化前,挺柱产生的最大加速度值为2.34mm/deg^2,运动误差为0.5mm,凸轮与挺柱接触力值出现零的情况;优化后,挺柱产生的最大加速度值为2.04mm/deg^2,运动误差为0.1mm,凸轮与挺柱接触力值没有出现零的情况.配气机构凸轮采用改进粒子群算法优化B样条曲线,提高了凸轮运动精度,降低了机构振动幅度,避免了凸轮与挺柱产生脱落现象.

基于3次B样条曲线的快速直接插补技术研究

插补计算是复杂曲面直接插补技术中的关键技术,为了提高插补过程中的计算效率和计算精度,保证数控系统的实时性,针对刀具轨迹的B样条曲线模型,从直接插补算法原理以及B样条曲线数学模型出发,提出了基于3次B样条曲线的快速求值求导算法,采用B样条的节点插入技术与微分递推求值技术进行3次B样条插补,整个插补过程不涉及任何B样条基函数的求值求导计算。应用于数控系统中,实现对任意3次B样条曲线轨迹的插补,解决了目前传统插补器无法有效插补该类型轨迹的问题。仿真实现并对比现有的方法在计算效率和实时性方面有很大的优越性,并在自主开发的开放式数控系统平台上进行了加工验证。