二次曲线统一插补嵌入式数控系统研发及应用

论文摘要

基于PC104嵌入式计算机硬件平台,以实时多任务操作系统RTLinux作为软件开发平台,搭建了二次曲线统一插补嵌入式数控系统。开发过程中采用模块式结构,使程序具有可移植性、互操作性和一致性。应用分割-合并的思想在容差控制下实现了二次曲线逼近B样条曲线,实现了基于二次曲线统一插补的参数曲线的数控加工,在逼近算法研究的基础上基于VC++和OpenGL开发了数控加工轨迹仿真软件。主要研究内容包括:（1）论述了数控技术的发展历史、现状、发展趋势及嵌入式系统的定义,分析了嵌入式数控系统的重要特征及关键技术,对比分析数控插补的一些关键技术。（2）搭建了数控系统的硬件平台,在充分研究数控系统硬件组成的基础上,结合PC104总线的基本特征,最终选用PCM3370作为数控系统的CPU控制板。分析了数控系统的软件模块,给出了基于Qt的嵌入式数控系统的GUI的实现过程。研究了ISO代码的译码过程及逐点比较法插补技术,基于差分的定义给出差分插补理论及算法框图,最后完成二次曲线统一插补算法并给出其实现过程。（3）根据二次曲线及B样条曲线的性质,按照分割-合并的思想在容差控制下使用二次曲线来拟合B样条曲线,实现了基于二次曲线统一插补的参数曲线数控加工。（4）应用VC++和图形开发软件包OpenGL技术开发了数控加工轨迹仿真软件,具备加工轨迹显示及旋转、缩放、平移等图形操作功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 数控系统概况
• 1.1.1 数控系统的发展历史及现状
• 1.1.2 数控系统的发展趋势
• 1.2 嵌入式系统
• 1.2.1 嵌入式系统简介
• 1.2.2 嵌入式Linux 操作系统
• 1.2.3 RTLinux 操作系统
• 1.2.4 嵌入式GUI
• 1.3 数控系统插补
• 1.3.1 数控插补技术概述
• 1.3.2 B 样条曲线
• 1.3.3 数控系统仿真平台
• 1.4 研究的主要内容
• 第2章 二次曲线统一插补嵌入式数控系统搭建
• 2.1 硬件平台搭建
• 2.1.1 总线选择
• 2.1.2 硬件选型
• 2.2 软件平台架构
• 2.2.1 软件模块划分
• 2.2.2 嵌入式GUI 设计
• 2.3 插补算法实现
• 2.3.1 ISO 代码的定义方式
• 2.3.2 ISO 代码译码过程中的语法检查
• 2.3.3 差分插补参数的定义
• 2.3.4 算法框图推导
• 2.3.5 二次曲线统一插补算法的实现
• 2.4 小结
• 第3章 二次曲线自适应逼近 B 样条曲线
• 3.1 二次曲线插补及拟合的优点
• 3.2 B 样条曲线
• 3.2.1 B 样条曲线的定义及性质
• 3.2.2 B 样条曲线的求值、求导及C++程序实现
• 3.3 二次曲线拟合B 样条曲线
• 3.3.1 二次曲线一般方程
• 3.3.2 二次曲线的参数有理多项式形式
• 3.3.3 二次曲线样条逼近B 样条曲线的中心思想
• 3.3.4 二次曲线逼近B 样条曲线算法步骤
• 3.4 小结
• 第4章 数控加工仿真
• 4.1 数控仿真系统实现方案选择
• 4.1.1 OpenGL 简介
• 4.1.2 OpenGL 与Visual C++的结合
• 4.2 数控加工轨迹仿真平台的设计与实现
• 4.3 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间主要科研成果
• 一、发表的学术论文
• 二、其它科研成果