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Study of NURBS Interpolation Algorithm Based on Self-adaptive Control
1
作者 MAO Xin-hua HU Zhi-gang Ning Xin 《International Journal of Plant Engineering and Management》 2009年第4期223-227,共5页
Aimed at problems such as profile error increasing and acceleration enlarging and tool machine working instability and quality decreasing of workpiece surfaces in processing complicated curved surfaces because of seve... Aimed at problems such as profile error increasing and acceleration enlarging and tool machine working instability and quality decreasing of workpiece surfaces in processing complicated curved surfaces because of several variable curvatures, an improved method of NURBS interpolation is adopted. According to self-adaptive programming principles, self-adaptive control of profile errors and accelerations and speed-converting is realized with increasing or descending self-adaptive control strategy. This method meets real-time and high-precision requirements of high speed and precision processing, and solves various problems caused by several variable curvatures of a complicated surface. 展开更多
关键词 self-adaptive control nurbs interpolation
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Development of FPGA Based NURBS Interpolator and Motion Controller with Multiprocessor Technique 被引量:2
2
作者 ZHAO Huan ZHU Limin +1 位作者 XIONG Zhenhua DING Han 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第5期940-947,共8页
The high-speed computational performance is gained at the cost of huge hardware resource,which restricts the application of high-accuracy algorithms because of the limited hardware cost in practical use.To solve the p... The high-speed computational performance is gained at the cost of huge hardware resource,which restricts the application of high-accuracy algorithms because of the limited hardware cost in practical use.To solve the problem,a novel method for designing the field programmable gate array(FPGA)-based non-uniform rational B-spline(NURBS) interpolator and motion controller,which adopts the embedded multiprocessor technique,is proposed in this study.The hardware and software design for the multiprocessor,one of which is for NURBS interpolation and the other for position servo control,is presented.Performance analysis and experiments on an X-Y table are carried out,hardware cost as well as consuming time for interpolation and motion control is compared with the existing methods.The experimental and comparing results indicate that,compared with the existing methods,the proposed method can reduce the hardware cost by 97.5% using higher-accuracy interpolation algorithm within the period of 0.5 ms.A method which ensures the real-time performance and interpolation accuracy,and reduces the hardware cost significantly is proposed,and it’s practical in the use of industrial application. 展开更多
关键词 nurbs interpolator FPGA-based interpolation MULTIPROCESSOR system on a programmable chip (SOPC) motion controller
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Realization of a 5-axis NURBS Interpolation with Controlled Angular Velocity 被引量:8
3
作者 LIU Yuan LI Hui WANG Yongzhang 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CSCD 2012年第1期124-130,共7页
5-axis machine tool plays an important role in high-speed and high-precision computer numerical control (CNC) machining of workpieces with complex shapes. A non-uniform rational B-spline (NURBS) interpolation form... 5-axis machine tool plays an important role in high-speed and high-precision computer numerical control (CNC) machining of workpieces with complex shapes. A non-uniform rational B-spline (NURBS) interpolation format for 5-axis machining is pro- posed to adapt to the high speed machining (HSM). With this interpolation format, angles between orientation vectors are chosen as parameters of orientation B-spline constructed by an open controller to achieve reasonable orientation vectors in real-time interpolation process. Coordinated motion between linear axes and rotary axes is achieved by building a polynomial spline which relates interpolation arc lengths of position spline to angles of orientation spline. Algorithm routine of this interpolation format and its realization methods in the supported controller are discussed in detail. Finally, performance of the proposed NURBS in- terpolation format is demonstrated by a practical example. 展开更多
关键词 CNC system sculptured surface motion control nurbs interpolation multi-axis machining
原文传递
NURBS CURVE INTERPOLATOR WITH ADAPTIVE ACCELERATION-DECELERATION CONTROL 被引量:2
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作者 刘凯 赵东标 陆永华 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2008年第4期241-247,共7页
The feedrate profile of non-uniform rational B-spline (NURBS) interpolation due to the contour errors is analyzed. A NURBS curve interpolator with adaptive acceleration-deceleration control is presented. In interpo-... The feedrate profile of non-uniform rational B-spline (NURBS) interpolation due to the contour errors is analyzed. A NURBS curve interpolator with adaptive acceleration-deceleration control is presented. In interpo- lation preprocessing, the sensitive zones of feedrate variations are processed with acceleration-deceleration control. By using the proposed algorithm, the machining accuracy is guaranteed and the feedrate is adaptively adjusted to he smoothed. The mechanical shock imposed in the servo system is avoided by the first and the second time derivatives of feedrates. A simulation of NURBS interpolation is given to demonstrate the validity and the effectiveness of the algorithm. The proposed interpolator can also be applied to the trajectory planning of the other parametric curves. 展开更多
关键词 numerical control systems interpolation adaptive algorithms nurbs curve interpolator adaptive acceleration and deceleration limited jerk
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基于改进NURBS曲线的水下机械臂轨迹规划
5
作者 孙颙琰 郭文勇 +1 位作者 孙云岭 王晶航 《舰船电子工程》 2023年第1期47-52,共6页
为了实现对水下机械臂末端执行机构快速、准确的控制,使其可以按照最佳路线平稳地运动到工作位置,提出一种基于五次多项式速度控制的NURBS(QV-NURBS)曲线插值轨迹规划算法。通过利用五次多项式对曲线的曲率突变阶段进行速度控制,以规划... 为了实现对水下机械臂末端执行机构快速、准确的控制,使其可以按照最佳路线平稳地运动到工作位置,提出一种基于五次多项式速度控制的NURBS(QV-NURBS)曲线插值轨迹规划算法。通过利用五次多项式对曲线的曲率突变阶段进行速度控制,以规划速度平滑得进行插补。通过对六自由度水下机械臂进行仿真分析,结果表面该轨迹规划算法可以有效地平滑曲线,使得机械臂更加平稳地进行运动。 展开更多
关键词 六自由度水下机械臂 nurbs曲线插值 速度控制 轨迹规划
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全程S曲线加减速控制的自适应分段NURBS曲线插补算法 被引量:62
6
作者 潘海鸿 杨微 +2 位作者 陈琳 谭华卿 孙红涛 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期190-195,共6页
为满足现代数控加工的高速度、高精度要求,提出基于7段式S曲线加减速全程规划的NURBS曲线自适应分段插补算法。该算法根据NURBS曲线几何形状将其自适应分段,并计算曲线段各项参数值、对应S曲线加减速规划(速度规划为17种类型)中加减速... 为满足现代数控加工的高速度、高精度要求,提出基于7段式S曲线加减速全程规划的NURBS曲线自适应分段插补算法。该算法根据NURBS曲线几何形状将其自适应分段,并计算曲线段各项参数值、对应S曲线加减速规划(速度规划为17种类型)中加减速类型和自适应调整速度曲线加减速时间。在固定插补周期下,与单独自适应算法、5段式S曲线加减速控制方法的仿真结果相比,在满足加速度与加加速度限制条件,且最大弦高误差不超过0.5μm时,该算法插补精度高于单独自适应算法,与5段式S曲线加减速控制方法近似,且其全程平均进给速度比5段式S曲线加减速控制方法平均进给速度提高21.7%,达到594mm/s。 展开更多
关键词 自适应 分段插补 S曲线加减速控制 nurbs曲线
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NURBS曲线S形加减速双向寻优插补算法研究 被引量:34
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作者 罗福源 游有鹏 尹涓 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期147-156,共10页
由于非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-splines,NURBS)曲线的弧长与参数之间无精确解析关系,并且进给速度总是受到非线性变化的曲线曲率的约束,因此基于S形加减速进行NURBS曲线插补时,减速点难以准确预测。传统算法通常是沿曲线... 由于非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-splines,NURBS)曲线的弧长与参数之间无精确解析关系,并且进给速度总是受到非线性变化的曲线曲率的约束,因此基于S形加减速进行NURBS曲线插补时,减速点难以准确预测。传统算法通常是沿曲线单方向插补,不仅未考虑曲率对进给速度的持续限制,而且加减速分类与计算公式复杂。为此,提出运动路程未知情况下不依赖于弧长精确计算的正向和反向同步加速的插补新算法,实时动态地求解曲线段内最大进给速度和正反向插补会合点,从而实现处处满足全部速度约束条件的最优插补。该算法无需求解高次方程与繁琐的加减速模式分类,并可保证以确定的速度通过曲率极值点和曲线终点。通过两个插补实例证明算法简明高效,适应性好,能够满足高速高精度数控要求。 展开更多
关键词 nurbs插补 加减速 运动控制 高速加工
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面向高质量加工的NURBS曲线插补算法 被引量:21
8
作者 王允森 盖荣丽 +2 位作者 孙一兰 杨东升 韩娟 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第10期1549-1556,共8页
通过分析数控系统加工时常用的插补算法的特点,提出一种基于NURBS曲线的插补算法.该算法包括速度规划和实时插补两部分:速度规划部分考虑了工件加工时允许的最大轮廓误差,以保证高速运行过程中加速度的连续,使机床运行平稳,避免产生大... 通过分析数控系统加工时常用的插补算法的特点,提出一种基于NURBS曲线的插补算法.该算法包括速度规划和实时插补两部分:速度规划部分考虑了工件加工时允许的最大轮廓误差,以保证高速运行过程中加速度的连续,使机床运行平稳,避免产生大的冲击;实时插补部分应用弦截法计算插补参数,能将实时插补产生的速度波动控制到理想水平,进一步减小了机床震颤.仿真实验结果表明,文中算法能够减小机床振动,实现高质量加工. 展开更多
关键词 数控 nurbs插补 速度规划 弦截法 高质量加工
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基于NURBS曲线的加减速控制方法研究 被引量:24
9
作者 赵巍 王太勇 万淑敏 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期1-3,共3页
针对目前参数曲线加减速控制的不足,研究了基于NURBS曲线的插补前抛物线-直线-抛物线的S形加减速自适应控制方法,将高速加工中容易超限的弓高误差、机床所承受的加速度等参数均考虑在内,而且合理地解决了插补前加减速控制中的减速点预... 针对目前参数曲线加减速控制的不足,研究了基于NURBS曲线的插补前抛物线-直线-抛物线的S形加减速自适应控制方法,将高速加工中容易超限的弓高误差、机床所承受的加速度等参数均考虑在内,而且合理地解决了插补前加减速控制中的减速点预测困难的问题。采取优化、简化等快捷算法,实现了实时自适应的NURBS等参数曲线插补的加减速控制,并用实例进行了验证。 展开更多
关键词 nurbs曲线插补 实时自适应控制 弓高误差 有限加速度
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基于牛顿迭代法的NURBS曲线插补算法 被引量:17
10
作者 王允森 盖荣丽 +2 位作者 孙一兰 杨东升 徐明子 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2013年第4期13-17,共5页
通过分析数控机床加工中样条曲线插补原理,提出了一种基于牛顿迭代法的非均匀有理B样条(NURBS)曲线插补算法。该算法首先进行速度控制,保证了加工精度,然后利用牛顿迭代法来计算插补参数,避免了传统方法的大量求导运算。通过将二阶泰勒... 通过分析数控机床加工中样条曲线插补原理,提出了一种基于牛顿迭代法的非均匀有理B样条(NURBS)曲线插补算法。该算法首先进行速度控制,保证了加工精度,然后利用牛顿迭代法来计算插补参数,避免了传统方法的大量求导运算。通过将二阶泰勒展开式化成简单的线性递推方程来预测插补参数的迭代初值,进一步减小了运算开销。仿真对比实验表明,该算法稳定性好,运算精度高,能够满足实时插补的要求,且能够将实时插补产生的速度波动限制到理想的水平。 展开更多
关键词 数控插补 nurbs曲线 速度控制 牛顿迭代法 线性递推方程
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NURBS曲线S形加减速寻回实时插补算法 被引量:15
11
作者 刘献礼 周肖阳 +2 位作者 李茂月 丁云鹏 丁文彬 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期183-192,共10页
针对高速高精加工中传统的NURBS算法沿曲线方向进行单一插补时,曲线的弧长与参数之间无精确的解析关系、进给速度又总是受到非线性变化的曲线曲率约束,导致基于S型加减速进行NURBS插补时,曲线长度的实时计算以及对减速点的预测十分困难... 针对高速高精加工中传统的NURBS算法沿曲线方向进行单一插补时,曲线的弧长与参数之间无精确的解析关系、进给速度又总是受到非线性变化的曲线曲率约束,导致基于S型加减速进行NURBS插补时,曲线长度的实时计算以及对减速点的预测十分困难,无法获得曲线余下部分的速度约束信息,而且在进行实时插补的过程中可能出现计算负荷过大、导致数据饥饿的现象,影响整个系统的实时性。针对以上问题,提出了一种寻回插补实时算法。该算法不依赖于曲线弧长的精确计算,采用正向与反向同步插补的方法。在前瞻插补模块中先对曲线进行逆向插补,确定正反向插补的校验点,以及正向插补所需的相关信息;在实时插补模块中,通过对比校验点的速度,判断是调用逆向插补的数据还是继续进行正向插补,从而实现满足速度约束条件的最优插补。该算法无须求解高次方程并可以保证以确定的速度通过曲率极值点和曲线终点,很好地保证了插补过程中的实时性。通过插补实例证明了算法简单高效、适应性以及实时性好,能够满足高速高精度数控加工的要求。 展开更多
关键词 nurbs运动控制 实时插补 高速加工 S型加减速
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一种实时前瞻的自适应NURBS插补算法 被引量:20
12
作者 杜道山 燕存良 李从心 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期843-847,共5页
在考虑速度稳定性和加工误差精度的基础上,设计了一个非均匀有理B样条曲线(Non-Uniform Rational B-Spline,NURBS)的实时自适应插补系统.开发的插补系统能够在大部分的插补过程中保持进给速度稳定,并且根据曲线的形状,自适应地调整进给... 在考虑速度稳定性和加工误差精度的基础上,设计了一个非均匀有理B样条曲线(Non-Uniform Rational B-Spline,NURBS)的实时自适应插补系统.开发的插补系统能够在大部分的插补过程中保持进给速度稳定,并且根据曲线的形状,自适应地调整进给速度,通过一个实时的前瞻加减速处理模块,在速度变化敏感区对加减速进行处理,同时满足了机床加减速能力的要求.通过NURBS曲线插补仿真计算的例子,显示了开发的实时自适应插补系统能够满足高速高精度插补的要求,验证了所设计的实时前瞻自适应NURBS插补算法的可行性. 展开更多
关键词 非均匀有理B样条 自适应插补器 数控系统
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基于NURBS插补算法的嵌入式数控系统的研究与开发 被引量:5
13
作者 谢黎明 郑威 +1 位作者 靳岚 沈浩 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2008年第7期152-154,共3页
首先研究了NURBS曲线实时插补技术及其插补改进算法,提出的改进算法采用动态确定进给步长的方法来求取参数空间上的参数增量,从而保证了在不降低加工速度的情况下进行高精度的安全加工。其次,通过ARM+DSP的主控平台的软硬件设计,克服了... 首先研究了NURBS曲线实时插补技术及其插补改进算法,提出的改进算法采用动态确定进给步长的方法来求取参数空间上的参数增量,从而保证了在不降低加工速度的情况下进行高精度的安全加工。其次,通过ARM+DSP的主控平台的软硬件设计,克服了当前数控平台的缺陷,实现了系统的实时调度,提高了系统的可靠性和稳定性。最后,在传统PID控制算法的基础上,采用Ziegler-Nichols法整定PID控制参数,并将其应用于嵌入式数控系统的伺服控制部分中,并借助MATLAB/SIMULINK对选取的控制对象进行了仿真和分析。 展开更多
关键词 nurbs插补 嵌入式数控系统 PID控制
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一种基于NURBS插补器的多轴交叉耦合控制方法 被引量:5
14
作者 徐志祥 赵国勇 +1 位作者 赵福令 周栋梁 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2006年第12期1451-1453,1483,共4页
针对复杂型面零件的高精度数控加工需要,在分析传统机床轮廓控制方案不足的基础上,提出了一种基于NURBS插补器的多轴交叉耦合控制(CCC)方法。该方法为闭环轮廓控制,算法简单、实用,并可适用于多轴控制。仿真结果表明所提出的CCC方法能... 针对复杂型面零件的高精度数控加工需要,在分析传统机床轮廓控制方案不足的基础上,提出了一种基于NURBS插补器的多轴交叉耦合控制(CCC)方法。该方法为闭环轮廓控制,算法简单、实用,并可适用于多轴控制。仿真结果表明所提出的CCC方法能够大大减小由于机床各轴动态性能不一致所引起的轮廓误差。该结论对零件的高精度数控加工具有重要意义。 展开更多
关键词 nurbs插补器 高精度加工 交叉耦合控制
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一种基于NURBS插补器的高精度交叉耦合控制方法 被引量:5
15
作者 赵国勇 赵福令 徐志祥 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期210-214,共5页
数控机床各联动轴动态性能不一致会给零件加工带来较大的轮廓误差.在分析传统机床轮廓控制方案不足的基础上,针对高精度数控加工需要,提出了一种基于NURBS插补器的简单实用的高精度交叉耦合控制方法,克服了传统交叉耦合控制方法轮廓误... 数控机床各联动轴动态性能不一致会给零件加工带来较大的轮廓误差.在分析传统机床轮廓控制方案不足的基础上,针对高精度数控加工需要,提出了一种基于NURBS插补器的简单实用的高精度交叉耦合控制方法,克服了传统交叉耦合控制方法轮廓误差模型计算的非线性、时变性、不精确性.在建立的基于DSP的数控实验台上验证了该方法的有效性.该方法对于零件的高精度数控加工具有重要意义. 展开更多
关键词 高精度加工 nurbs插补器 交叉耦合控制 DSP
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NURBS曲线插值的实现方法与探讨 被引量:4
16
作者 李强 席光 王尚锦 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 1999年第7期24-26,共3页
综合目前NURBS插值与拟合技术,给出了完整的NURBS曲线生成方法,将权因子优化与反求控制点有机地结合起来,并且对权因子的选取与边界条件的确定进行了有益的讨论。利用此方法生成的NURBS曲线可控性强,灵活简便,同时为NURBS曲面的生... 综合目前NURBS插值与拟合技术,给出了完整的NURBS曲线生成方法,将权因子优化与反求控制点有机地结合起来,并且对权因子的选取与边界条件的确定进行了有益的讨论。利用此方法生成的NURBS曲线可控性强,灵活简便,同时为NURBS曲面的生成奠定了坚实基础。 展开更多
关键词 nurbs曲线 插值 样条函数 计算机图形学
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三次NURBS曲线的插值方法 被引量:14
17
作者 秦开怀 孙家广 范刚 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 1993年第3期179-183,共5页
本文提出了一个用于3次NURBS曲线插值的新方法,该方法首先用二次规划算出控制顶点的权因子,然后反算出所有的控制顶点,它能确保由型值点的权W_i(>0)所算出的控制顶点的权也均大于0,插值曲线具有C^2连续性,当W_i均为一个大于0的常数时... 本文提出了一个用于3次NURBS曲线插值的新方法,该方法首先用二次规划算出控制顶点的权因子,然后反算出所有的控制顶点,它能确保由型值点的权W_i(>0)所算出的控制顶点的权也均大于0,插值曲线具有C^2连续性,当W_i均为一个大于0的常数时,插值曲线退化为非均匀B样条曲线。 展开更多
关键词 nurbs 曲线 插值法 CAD
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基于开放式机器人控制器的NURBS路径插补方法的实现 被引量:3
18
作者 何广忠 张连新 +1 位作者 高洪明 吴林 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2006年第2期120-124,共5页
给出了一种六轴弧焊机器人的实时NURBS路径插补方法.使用开放式机器人控制器系统作为试验平台,NURBS曲线通过迭代最近点的拟合方法获得.阐述了NURBS路径插补器的末端速度控制原理,对常见的机器人末端运动速度为梯形分布时的情况进行了讨... 给出了一种六轴弧焊机器人的实时NURBS路径插补方法.使用开放式机器人控制器系统作为试验平台,NURBS曲线通过迭代最近点的拟合方法获得.阐述了NURBS路径插补器的末端速度控制原理,对常见的机器人末端运动速度为梯形分布时的情况进行了讨论.最后举例论证了该方法的可行性,并将其与通常使用的点到点逼近的方法做比较,充分体现了该方法的优越性. 展开更多
关键词 nurbs 插补器 机器人控制器
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NURBS曲线曲面的可控修形研究 被引量:9
19
作者 张乐年 周来水 周儒荣 《工程图学学报》 CSCD 1995年第1期21-27,共7页
本文提出了用插入节点、修改控制顶点和修改权因子相结合的方法,对NURBS曲线曲面进行可控修形,用交互的方法,在曲线上修出具有指定形状的凸起、凹陷或圆弧,在曲面上修出各种槽腔和凸台等。用本文的方法可方便地把已有的曲线曲... 本文提出了用插入节点、修改控制顶点和修改权因子相结合的方法,对NURBS曲线曲面进行可控修形,用交互的方法,在曲线上修出具有指定形状的凸起、凹陷或圆弧,在曲面上修出各种槽腔和凸台等。用本文的方法可方便地把已有的曲线曲面修改成所需的形状,并给后续的几何处理带来很大方便. 展开更多
关键词 nurbs 可控修形 曲面 插值 曲线
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基于Runge-Kutta的NURBS曲线实时前瞻插补算法 被引量:5
20
作者 吴玉香 王鹏 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期121-128,共8页
针对传统的NURBS曲线加工过程中插补算法插补参数计算精度低、实时性不高以及加速度过大对机床造成的冲击大的问题,提出了基于Runge-Kutta的NURBS曲线实时前瞻插补算法.该算法采用经典Runge-Kutta方法计算插补参数,基于弓高误差和法向... 针对传统的NURBS曲线加工过程中插补算法插补参数计算精度低、实时性不高以及加速度过大对机床造成的冲击大的问题,提出了基于Runge-Kutta的NURBS曲线实时前瞻插补算法.该算法采用经典Runge-Kutta方法计算插补参数,基于弓高误差和法向加速度约束条件自动调整进给速度,根据进给步长预期值与实际值的偏差进行参数校正.由粗插补得到的离线数据寻找进给速度极值点,并对曲线进行前瞻分段,找到各前瞻插补区间上的首末速度敏感点.根据敏感速度与插补距离之间的关系重新进行加减速控制,避免速度急剧变化,从而满足机床的加减速性能要求.最后,通过Matlab仿真验证了算法的有效性. 展开更多
关键词 数控系统 nurbs曲线 RUNGE-KUTTA 前瞻插补算法
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