CNC软件圆弧插补算法的分析与研究

快速而准确的圆弧插补算法一直是人们努力追求的目标。本文在深入分析了五种圆弧插补算法的基础上，把它们归纳到统一的理论依据之下，并就人们在理论方面研究甚少的插补运算的速度和插补轨迹精度问题进行了深入的分析与理论推导。同时，通过在计算机上对各种插补算法在插补运算速度和插补轨迹精度两方面的实际测试、验证与分析比较，提出了最佳择优方案，并在实际应用之中取得了满意的效果。     

关节型机器手臂笛卡尔轨迹规划

为了消除机器手臂空间轨迹规划中采用一般插补法产生的尖角,且让机器手臂在非匀速运动状态下,能够具有连续的速度和加速度.结合空间直线插补和圆弧插补算法,提出一种新的圆弧连接均值直线插补法,并在此基础上进行二次插值,从而使得该算法在加速和减速时也可以获得很好的平滑性,在MATLAB环境下对算法进行了仿真.通过该算法以及对拟合度的调整可以获得最优规划路径.该算法在机器手臂轨迹规划当中具有较好的可行性.     

插补前S加减速在CNC前瞻中的应用

计算机数字控制系统(CNC)中的速度前瞻处理可以在不影响插补轨迹精度的前提下极大地提高插补效率.针对前瞻算法中速度处理这一核心问题,分直线转接和圆弧转接2种情况分别建立了插补几何元素转接矢量夹角模型,并给出了一种基于插补前S型加减速的CNC速度前瞻算法.该算法根据设定的最大前瞻段数以及实际插补轨迹的几何特性,能够自适应确定轨迹的转接速度近似最优解,从而实现路径段之间进给速度的高速衔接.S型加减速由于在加速阶段和减速阶段均引入了加速度衰减,使得整个插补过程具有了高度的柔性.因此结合前瞻算法和S型加减速算法在高速加工时速度处理的优势,提出并实现了一种基于插补前S型加减速的CNC前瞻算法.该算法已经在工程实际中得到了验证.      

基于奇异谱分析的空间环境数据插补方法

空间环境数据具有典型的非线性、非平稳特征,并经常包含有缺失数据,给预报模型的建立、预测以及物理过程的分析带来了一定的困难。为了实现对缺失数据的插补,基于奇异谱分析(SSA)迭代插补的思想,设计了一种能够适用于不同缺失数据分布的插补方案。该方案提取出原始时间序列中缺失数据分布数组,利用缺失数据分布数组生成交叉验证所用的测试数据集,并利用离散粒子群优化算法寻找SSA的2个关键性参数,即嵌入窗口长度和主成分个数。通过不同太阳活动年份实际观测的太阳风参数、地磁指数等实例验证了算法的有效性。      

仿人眼功能的三维激光扫描算法

针对目前国内外应用于移动机器人的三维激光扫描系统存在的扫描效率问题,提出了一种仿人眼功能的三维激光扫描算法.从仿生学角度出发,该算法模仿人类眼睛的扫描功能,对陌生环境进行分步扫描:根据当前的扫描信息,在线规划出下一步的扫描规律,以减少无用信息的获取;采用分步插补定位的方法来弥补分步扫描带来的时间消耗,从而提高了扫描系统的效率.为了满足扫描算法的在线处理对实时性的要求,采用了一种DSP(Digital Signal Processing)+FPGA(Field-Programmable Gate Array)的硬件平台架构:即DSP作主控制器负责三维信息的获取,FPGA作协处理器负责扫描算法的实现.实验结果表明仿人眼功能的扫描算法可以有效的提高三维扫描系统的扫描效率.     

一种基于多尺度边缘提取的陨石坑检测算法

针对星体表面的陨石坑可用于探测器的自主导航、障碍识别等任务,提出一种基于多尺度边缘提取的陨石坑检测算法。该算法首先利用高斯金字塔得到不同尺度的陨石坑图像;其次,针对不同尺度的陨石坑图像,利用EDPF边缘提取算法对陨石坑进行边缘提取,并连接关键边缘像素点为直线段来近似表示图像边缘;然后将具有相同偏转方向的边缘直线段连接成圆弧,并将有相似半径和中心的圆弧拟合成候选圆和椭圆;最后对候选圆、椭圆进行验证。该算法的优点在于,能够准确地检测出陨石坑,有较高的检测率,且对存在较多陨石坑的图像有较好的检测结果。     

网络瞄准中的异步传感器空间配准算法

针对现有异步空间配准算法在目标机动时无法准确估计传感器系统误差的问题,研究了一种基于内插外推时间配准的异步传感器空间配准算法.该算法首先采用内插外推时间配准算法实现两传感器的数据同步,随后根据时间配准结果构建伪量测方程.不同于其他文献根据目标状态向量和时间差求解加权系数,从而构造与目标运动状态无关的伪量测方程的方法,该算法的伪量测方程构建过程与目标状态向量无关,且可以证明由时间配准结果构造的伪量测也与目标状态无关.因此该算法可有效解决目标机动条件下的异步传感器空间配准问题.仿真实验验证了该算法在目标作蛇形机动的条件下仍然可准确地对传感器的系统误差进行估计.     

基于结构光扫描数据点的内表面重建方法

提出基于结构光扫描获取的特征点重建物体内表面的方法.结构光扫描获取原始数据精度较高,但是存在数据密度不均的问题.通过剔除测量方向部分冗余数据点和插补扫描方向的稀疏数据,对原始三维数据密度进行适当调整,然后采用基于局部切平面簇的方法对调整后的数据点云进行表面重建.在某一特征点的邻域构造对应于该点的局部切平面,通过局部切平面簇逼近原始表面,采用Marching cubes算法提取等值面,得到三维表面重建的初始网格,根据优化算法简化网格,并采用Loop细分法平滑网格,获得描述物体表面特征的重建表面.该方法解决了由结构光扫描获取的不均匀原始数据点重建物体内表面的问题.      

通用数控位置环设计

本文提出并研究了一种通用的数控位置环系统,它以计算机外设方式工作,计算机通过该系统可以同时控制3～6个直流电机驱动的坐标轴运动。系统本身带有细插补、软限位、速度限制和报警诊断等功能。该装置特别适用于高性能及有特殊要求的CNC数控机床控制系统、工业机器人控制系统和柔性制造系统(FMS)的工件及刀具运输设备。     

进化策略在火箭发动机静态特性研究中的应用

建立了全流量补燃循环发动机的静态特性的数学模型.描述静态特性的数学模型是由一组非线性方程组成的.采用基于进化策略的进化算法求解全流量补燃循环发动机的静态特性方程,将该模型的非线性方程组求解问题转化为求带有约束的极小值的优化问题,建立了进化策略计算模型.讨论了进化策略算法在进化计算过程中使用的变异算子、重组算子和选择算子的设计,以及对约束条件的处理方法.数值计算的结果表明,利用基于进化策略的算法可以在较大范围内进行全流量循环液体火箭发动机的静态特性研究.     

eLoran系统ASF网格应用算法研究

ASF网格是提高增强型罗兰（Enhanced Long Range Navigation，eLoran）系统精度的重要方法。根据所在网格四个顶点的附加二次时延（Added Secondary Factor，ASF）值通过网格应用算法得到待测试点的ASF值，一定程度上比公式计算的ASF值更准确。在计算过程中，用户四个顶点ASF值的测量误差会传递给用户，同时内插算法本身也会引入误差，此时内插算法的选择尤为重要。本文通过仿真、分析比较几种常用的内插算法，得出结论：反距离插值算法引入的误差最大，双线应插值算法引入的误差最小，而且误差呈现一定层次感，网格从内到外误差逐渐减小。     

飞行控制软件测试中的插桩技术

插桩技术是软件测试中常用的关键技术之一.插桩技术应用在飞行控制软件测试中所遇到的一个严重的问题是其带来的额外开销将导致原程序的实时性下降甚至软件的失效.针对该问题,提出了一种基于布尔型存储数组的新的插桩方法.与传统方法相比,该方法优化了插桩的内容,降低了插桩对程序实时性的影响.搭建了一个仿真测试平台并以某型飞行控制软件为实验对象验证了该方法的有效性.实验结果表明该方法大大减少了插桩后程序的运行时间,保证了飞控软件的实时性要求.     

神经网络与D-S理论结合的HRR识别研究

基于D-S(Dempster-Shafer)证据理论,比较和研究了相关数据和不相关数据的融合方法,分析了多传感器数据融合的算法:集中式融合算法和分布式融合算法.经过实验证明,执行分布式有反馈融合算法时的效果最好.然后利用该算法,提出了和线性内插神经网络相结合的识别方法.利用4种飞机的步进频率雷达的高分辨率一维距离像,将神经网络的识别结果作为证据分别送入传感器进行融合,进行识别研究.实验证明,与单纯利用神经网络的方法比较,目标的正确识别率得到了改善.     

遗传算法在软件测试数据生成中的应用

测试数据生成是软件测试中的关键环节,它的实现对于软件测试过程的自动化具有重要意义.本文阐述了用遗传算法作为核心搜索算法来生成软件结构测试数据的方法和技术,其中讨论了编码策略、评价函数构造及插装等问题的解决方案,并重点说明了如何对遗传算子进行改进,使算法在解决本问题时更加有效.实验数据证明该方法是高效的.     

数字图像最佳插值算法研究

对常用的数字图像插值算法进行了深入的分析,指出双线性内插法和立方卷积法的本质是利用直接邻点的灰度值和(或)邻点间灰度值的变化率对待采样点进行内插,并在此基础上提出了最佳插值算法的公式,最后通过试验提出了最佳插值公式中权值参数的建议值。     

CNC数控系统控制软件

本文分析了数控机床控制系统,由硬件NC(Numerical Contro1)向CNC(ComputerNumerical Control)转变时进给速度下降的问题,阐述了解决此问题的一种方法——二次插补方法。指出CNC数控系统是个多重中断系统,论述了将数控的工作按其重要的程度、实时性的高低,安排在不同的优先级,使整个系统协调工作的思想。     

三种虚拟阵元内插超分辨测向算法的性能对比

对比研究了基于虚拟阵元内插的三种超分辨测向算法.在对多个小孔径雷达阵列的观测数据进行相干处理的基础上,分别应用非线性最小二乘迭代(NLS,Nonlinear Least Squares)、基于最小熵的反卷积迭代(IDMEC,Iterative Deconvolution algorithm based on Minimum Entropy Criterion)和最小加权范数(MWN,Minimum Weighted Norm)等算法构造雷达阵列间的各个虚拟阵元,合成大的孔径阵列以提高测向分辨率.通过仿真,验证了三种虚拟阵元内插算法的有效性,分析和比较了它们的超分辨性能和运算量.结果表明MWN法不仅具有最小的虚拟阵元构造误差和运算量,且有最好的测向性能.因此,总体上MWN法优于NLS法和IDMEC法.      

新型双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的工作原理

大尺寸渐开线样板加工困难,测量更加困难,导致大齿轮的量值传递成为难题。采用圆弧代替渐开线齿廓,构造了新型大尺寸渐开线样板——双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板。提出了新型大尺寸渐开线样板的工作原理,研究了样板的设计方法,建立了样板的原理误差模型,提出了双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板可评定的齿轮测量仪器单项误差项,以及使用样板评定齿轮测量仪器的齿面偏差测量性能的方法。为验证所提工作原理的可行性,加工了原理验证样板,实验结果表明:加工的双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板,其测量得到的原理误差曲线与理论的原理误差曲线整体趋势一致,都为驼峰状,证明了双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的原理误差模型建立的准确性和可行性;在评定范围内,整个评定偏差曲线幅值为45.5 μm,对应产生的压力角误差为1.34 μm/rad;证明了双轴式圆弧型大尺寸渐开线样板的圆弧选取准则、中心距的设计模型和圆弧半径的设计模型的正确性。研究成果为大齿轮的量值传递提供了研究思路。      

改善机床运动的五轴刀轨光顺方法

建立了五轴数控加工刀轨光顺优化模型,改善了线性插补方式下拐角过渡运动中的机床加速度情况。考虑了5个轴加速能力的差异,以轴加速度比,即轴实际达到的最大加速度与其允许最大加速度的比值,来衡量轴的加速度情况,以5个轴加速度比的平方平均数在整体上衡量机床的加速度情况,降低该值可提高机床运动平稳性。采用最短距离线法在初始刀轨的各切触点处建立了刀轴偏航角和俯仰角的可行域,使光顺后的刀轨满足残高和无过切要求。实例表明:该方法可有效光顺五轴数控加工刀轨,改善机床加速度情况,提高机床运动平稳性。