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1、(10)申请公布号 CN 104020718 A (43)申请公布日 2014.09.03 C N 1 0 4 0 2 0 7 1 8 A (21)申请号 201410248195.1 (22)申请日 2014.05.28 G05B 19/41(2006.01) (71)申请人张万军 地址 741003 甘肃省天水市秦州区太京镇川 口村大庄78号 (72)发明人张万军 (54) 发明名称 一种NURBS曲线参考模型自适应实时插补方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种NURBS曲线参考模型自适 应实时插补方法，现有的技术存在NURBS曲线插 补计算量庞大而且繁琐、插补效率低下等问题，伺 服系统。
2、不能满足快速、自适应插补的要求。本发 明的插补方法首先将NURBS曲线的控制点、权值 加权后投影到三维坐标系中进行曲线规划分段， 然后伺服系统联动控制，最后在数控机床伺服系 统上进行参考模型自适应插补。本发明采用了 NURBS曲线参考模型自适应实时插补方法，可以 减少插补计算时间、提高插补处理运算速度，满足 系统快速插补的要求，在其它伺服插补控制系统 上具有很强的借鉴意义。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104020718 A CN 104。
3、020718 A 1/1页 2 1.一种NURBS曲线参考模型自适应实时插补方法，其特征在于：该方法包括以下步 骤： 步骤一、NURBS曲线插补点分段规划 其中：p i 为控制点， i 为权因子。Uu 0 u 1 ，u n+k+1 称U为节点矢量，N i，k (u)为k 次规范B样条基函数(N i，k (u)为k次样条基函数)。 由控制点p i 和相应的权值 i ，构成一组加权控制点若 i 1时，是超平面投影对应的NURBS曲线对应的坐标点，NURBS曲线空间坐标点为 步骤二、伺服系统联动插补 定义NURBS曲线预插补指令如，控顶点、节点矢量、权因子及进给速度，输入数控机床 的插补器，插补器将。
4、这些指令转化为伺服系统的输入量P in (X in (t)，Y in (t)，Z in (t)，插补器 实时计算出曲线控制点的位置，即机床的实际进给运动(伺服系统的输出量)P out (X out (t)， Y out (t)，Z out (t)。 步骤三、参考模型自适应插补控制 数控机床插补参考模型(控制)方程为： 式中：X (in)k (t)、X (out)k-1 (t)分别表示X轴输入量、输出量，t为插补时间，k为插补个数， m为常数，为X轴插补脉冲速度。 自适应控制模型(可调机构)为： 式中：n 1 n 2 ，n t 分别表示参考模型自适应调节矩阵方程、参考模型自适应模型 参数。 自适。
5、应参数调整终止方程为： X (m)k (t)X (out)k-1 (t) 当X (in)k (t)X (out)k-1 (t)时，自适应参数插补就自动终止。 步骤四、重复步骤二及步骤三，完成插补。 权 利 要 求 书CN 104020718 A 1/4页 3 一种 NURBS 曲线参考模型自适应实时插补方法 技术领域 0001 本发明涉及数控插补算法技术领域，更具体涉及一种NURBS曲线参考模型自适应 实时插补方法。 背景技术 0002 在数控珩磨机加工中，经常会遇到高速、高精度实时性加工如飞机机翼、飞机叶轮 等许多具有复杂外形轮廓的零件，于是研究NURBS曲线插补方法在开放的CNC系统中就显。
6、 得十分必要。传统的数控系统的及插补控制方式存在以下缺点：一、传统数控加工中加工 些不规则曲线的零件时，加工程序只能通过离线和采用直线逼近的方式下编程来完成，这 就使得加工速度受到严重限制。采用直线段逼近复杂曲线并使用线性插补加工存在很多不 足，如导致进给速度剧烈波动，进给速度下降，又如代码段数量庞大；二、传统数控加工插补 时间长导致插补效率低、运算速度差，存在逼近误差；三、不能满足系统快速插补性的要求， 不能适应现代数控技术发展的需要。 发明内容 0003 本发明是为了克服上述不足，给出了一种NURBS曲线参考模型自适应实时插补方 法。 0004 本发明的技术方案如下： 0005 步骤一、N。
7、URBS曲线插补点分段规划 0006 0007 其中：p i 为控制点， i 为权因子。Uu 0 ，u 1 ，.，u n+k+1 称U为节点矢量，N i，k (u) 为k次规范B样条基函数(N i，k (u)为k次样条基函数)。 0008 由控制点p i 和相应的权值 i ，构成一组加权控制点若 i 1时，是超平面投影对应的NURBS曲线对应的坐标点，NURBS曲线空间坐 标点为 0009 步骤二、伺服系统联动插补 0010 定义NURBS曲线预插补指令如，控顶点、节点矢量、权因子及进给速度，输入数控 机床的插补器，插补器将这些指令转化为伺服系统的输入量P in (X in (t)，Y in 。
8、(t)，Z in (t)， 插补器实时计算出曲线控制点的位置，即机床的实际进给运动(伺服系统的输出量)P 。 ut (X out (t)，Y out (t)，Z out (t)。 0011 步骤三、参考模型自适应插补控制 0012 数控机床插补参考模型(控制)方程为： 说 明 书CN 104020718 A 2/4页 4 0013 0014 0015 式中：X (in)k (t)、X (out)k-1 (t)分别表示X轴输入量、输出量，t为插补时间，k为插补 个数，m为常数，为X轴插补脉冲速度。 0016 自适应控制模型(可调机构)为： 0017 0018 0019 式中：n 1 n 2 ，n。
9、 t 分别表示参考模型自适应调节矩阵方程、参考模型自适应 模型参数。 0020 X T X (in)k (z)，X (out)k-1 (z) 0021 自适应参数调整终止方程为： 0022 X (in)k (t)X (out)k-1 (t) 0023 当X (in)k (t)X (out)k-1 (t)时，自适应参数插补就自动终止。 0024 步骤四、重复步骤二及步骤三，完成插补。 0025 本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明改变了以往的数控 机床插补方式中采用了参考模型自适应实时插补的方法，可以通过插补预处理、可调自适 应机构调节插补控制器实现高速、高效率插补的要求，同时。
10、本算法也具有自适应能力强，插 补精度高、误差小的特点。 0026 除了以上这些，本发明采用了NURBS曲线参考模型自适应实时插补方法，可以减 少插补计算时间、提高插补运算速度，满足系统快速插补的要求，在其它伺服插补控制系统 上具有很强的借鉴意义。 附图说明 0027 图1为本发明的插补算法流程图； 0028 图2为本发明的伺服系统参考模型自适应插补过程框图； 0029 图3为本发明的参考模型自适应插补控制方框图； 0030 图4为本发明的插补算法实例图。 具体实施方式 0031 下面结合附图对本发明及其实施方式作进一步详细描述。 0032 如图1所示，一种NURBS曲线参考模型自适应实时插补方。
11、法，包括以下步骤： 0033 步骤一、NURBS曲线插补点分段规划 0034 0035 其中：p i 为控制点， i 为权因子。Uu 0 ，u 1 ，u n+k+1 称U为节点矢量，N i，k (u) 说 明 书CN 104020718 A 3/4页 5 为k次规范B样条基函数(N i，k (u)为k次样条基函数)。 0036 由控制点p i 和相应的权值 i ，构成一组加权控制点若 i 1时，是超平面投影对应的NURBS曲线对应的坐标点，NURBS曲线空间坐 标点为 0037 步骤二、伺服系统联动插补 0038 如图2所示，定义NURBS曲线插补指令预处理如，控顶点、节点矢量、权因子及进给 。
12、速度，输入数控机床的插补器，插补器将这些指令转化为伺服系统的输入量P m X m (t)Y m (t)， Z in (t)，插补器实时计算出曲线控制点的位置，即机床的实际进给运动(伺服系统的输出 量)P out (X out (t)，Y out (t)，Z out (t)。 0039 步骤三、参考模型自适应插补控制 0040 如图3所示，参考模型自适应插补控制由参考模型和可调模型(自适应)构成插 补参考模型自适应插补控制，用于插补器的插补。 0041 参考模型(控制)方程为： 0042 0043 0044 式中：X (in)k (t)、X (out)k-1 (t)分别表示X轴输入量、输出量，t。
13、为插补时间，k为插补 个数，m为常数，为X轴插补脉冲速度。 0045 自适应控制模型(可调机构)为： 0046 0047 0048 式中：n 1 n 2 ，n t 分别表示参考模型自适应调节矩阵方程、参考模型自适应 模型参数。 0049 x T X (in)k (z)，X (out)k-1 (z) 0050 自适应参数调整终止方程为： 0051 X (in)k (t)X (out)k-1 (t) 0052 当X (in)k (t)X (out)k-1 (t)时，自适应参数插补就自动终止。 0053 步骤四、重复步骤二及步骤三，完成插补。 0054 为了验证一种NURBS曲线参考模型自适应实时插。
14、补方法的性能，利用MATLAB软件 的Simulink工具对该系统分别进行为采用参考模型自适应实时插补控制和未采用参考模 型自适应实时插补仿，真结果如图4所示。 0055 为了进一步说明采用NURBS曲线参考模型自适应实时插补方法是发挥了参考模 型和自适应插补控制的优越性，进行了上述实验验证，验证几种插补控制方式的仿真数据 见表1。 0056 表1不同插补周期计算时间 0057 说 明 书CN 104020718 A 4/4页 6 0058 由表1可知，采用参考自适应参考模型控制和未用参考自适应参考模型控制插补 时间和插补次数相差较大同时误差也较大，因此使用参考模型自适应控制可以提高插补精 度，节约插补时间，提高插补运算的效率，满足插补的要求。 0059 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡等同替换或等效变换变形的 技术方案，均在本发明要求保护范围。 说 明 书CN 104020718 A 1/3页 7 图1 说 明 书 附 图CN 104020718 A 2/3页 8 图2 图3 说 明 书 附 图CN 104020718 A 3/3页 9 图4 说 明 书 附 图CN 104020718 A 。