[發(fā)明專利]基于DSP+FPGA的Newton?Rapson迭代數(shù)控插補系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106990757A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設計）人: 張萬軍
• 申請（專利權）人: 張萬軍
• 主分類號: G05B19/4103
• 分類號: G05B19/4103
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種機電一體化的數(shù)控插補系統(tǒng)，更具體的說，涉及基于DSP+FPGA的 Newton-Rapson迭代數(shù)控插補系統(tǒng)。

背景技術

根據(jù)現(xiàn)有的文獻；張萬軍作者在《制造技術與機床》2013年2期期刊發(fā)表《三次B樣條曲線修正算法的研究》一文所述：數(shù)控加工經(jīng)常會遇到如飛機機翼、飛機葉輪等許多具有復雜外形輪廓的零件，通常用NURBS曲線表示。

另外，還根據(jù)現(xiàn)有的文獻；張萬軍作者在《制造技術與機床》2015年4期發(fā)表《NURBS 曲線定時/中斷插補算法的研究》一文所述：現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的NURBS曲線插補是開放的CNC 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的核心技術之一，研究數(shù)控系統(tǒng)中的NURBS曲線新的插補方法顯得尤為重要。

另外，還根據(jù)現(xiàn)有的文獻；張萬軍作者在《AppliedMechanicsandMaterials》2014年12 發(fā)表的《Research on modification algorithm of Cubic B-spline curve interpolation technology》 (EI(JA)：20152801018693)，《Research on a algorithm of adaptive interpolation for NURBS curve》(EI(JA)：20152801018372)等國際文獻，詳細地敘述了：

隨著嵌入式的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展，以前的數(shù)控插補系統(tǒng)在體系和結構上存在很大的局限性，主要表現(xiàn)在：

(1)、以前的數(shù)控插補系統(tǒng)沒采用模塊化的結構，數(shù)控系統(tǒng)組成結構復雜、數(shù)控插補功能復雜，而且數(shù)控系統(tǒng)的互換性、通用性較差；

(2)、以前的數(shù)控插補系統(tǒng)插補運算受數(shù)控運動控制器的限制，沒有專門處理插補算法的NURBS曲線插補運算控制器，這樣就導致數(shù)控插補運算量增大、插補計算時間增長，使得數(shù)控插補系統(tǒng)計算負擔加重，必然會導致數(shù)控插補硬件及軟件的成本增加，給用戶增加不必要經(jīng)濟負擔；

(3)、以前的數(shù)控插補系統(tǒng)很少采用DSP、FPGA及NURBS曲線插補運算器，在NURBS 曲線插補運算中，增加了NURBS曲線插補運算的計算量和插補誤差、提高了成本，不能能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟和社會效益。

另外，現(xiàn)有技術中，利用NURBS曲線實現(xiàn)專門數(shù)控系統(tǒng)插補的技術已日益成熟，請參考申請人張萬軍的專利ZL2015200430828的中國申請專利，發(fā)明名稱為：一種Newton-Rapson 迭代的數(shù)控插補系統(tǒng)，該專利包括人機交互的數(shù)控界面、數(shù)控PC、數(shù)控運動控制卡、插補裝置、數(shù)控執(zhí)行裝置、位置/速度檢測裝置。該專利詳細介紹了NURBS曲線利用Taylor公式的展開式求一階、二階導數(shù)實時插補之后，在利用Newton-Rapson迭代的插補算法求的x_i、y_i、z_i的坐標點，進行NURBS曲線數(shù)據(jù)的擬合，完成NURBS曲線插補算法。該專利完全可以實現(xiàn) NURBS的插補，提高了插補系統(tǒng)的插補精度，減少了NURBS曲線插補運算的計算量和插補誤差、降低了成本低，能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟和社會效益；但沒有詳細地敘述本專利的一種 Newton-Rapson迭代的插補算法、NURBS曲線插補與Newton-Rapson迭代插補仿真對比、分析的問題。

另外，現(xiàn)有技術中關于曲線曲面插補及NURBS曲線插補技術也日趨完善，請參照蘭州理工大學碩士學位申請者張萬軍的碩士學位論文：復雜曲線曲面插補技術修正算法的研究，該論文詳細地介紹了NURBS曲線的插補及NURBS曲線的插補在數(shù)控系統(tǒng)中仿真實驗過程。同時，該論文也對NURBS曲線插補參數(shù)遞推一階、兩階求解比較復雜，加工誤差較大之后提出NURBS/B樣條曲線曲面修正的插補算法，該算法不僅滿足加工對精度方面的要求，同時也滿足實時性的要求。最后，通過在MATLAB7.0上驗證該算法是正確的，符合NURBS 曲線曲面插補的要求。但該論文尚有以下幾個方面的工作有待進一步深入研究：有關NURBS 曲線曲面控制點、權因子用參數(shù)化在理論上可以表示，但在實際中科學上是很難駕馭和控制的，因此在科學實際應用中要更深層次的研究和探討。同時，該論文由于時間和實驗條件的關系，沒有NURBS曲線插補系統(tǒng)進行深入的研究，也沒有對NURBS曲線Newton-Rapson 迭代插補進行深入地研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服上述傳統(tǒng)的數(shù)控插補系統(tǒng)的局限性和不足，給出了基于DSP+FPGA的 Newton-Rapson迭代數(shù)控插補系統(tǒng)。