基于FPGA的NURBS曲線插補(bǔ)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)中一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),而插補(bǔ)模塊又是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)控制軟件的核心,插補(bǔ)模塊的具體實(shí)現(xiàn)直接影響著數(shù)控系統(tǒng)的速度。NURBS方法因其在復(fù)雜幾何造型方面的諸多優(yōu)勢(shì),在CAD/CAM得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。NURBS插補(bǔ)技術(shù)不僅可以改善零件的加工精度、表面光滑性和生產(chǎn)效率而且能極大的提高數(shù)控系統(tǒng)的軌跡功能。對(duì)于高速高精CNC系統(tǒng),NURBS插補(bǔ)技術(shù)顯得尤為重要?；谄胀≒C或ARM加DSP結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器在實(shí)現(xiàn)NURBS插補(bǔ)時(shí)

2、,由于計(jì)算的復(fù)雜性,在一個(gè)較小的采樣周期內(nèi)(比如1ms),很難完成NURBS插補(bǔ)。Tsai等人發(fā)現(xiàn)計(jì)算一個(gè)NURBS曲面插補(bǔ)和伺服控制時(shí),總共需要4ms的計(jì)算時(shí)間,而NURBS插補(bǔ)計(jì)算就需要3.8ms,占了95％的計(jì)算時(shí)間。顯然,對(duì)于高速度高精度的運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)說(shuō),NURBS占用了太多的時(shí)間。隨著可編程邏輯技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了價(jià)格低廉、適合工程應(yīng)用的、具有出色的并行計(jì)算能力和靈活的編程能力的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件(FPGA),因此采用FPGA實(shí)

3、現(xiàn)NURBS曲線插補(bǔ)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文詳細(xì)分析了幾種傳統(tǒng)的NURBS曲線插補(bǔ)算法,深入研究了無(wú)需計(jì)算基函數(shù)Cox-de Boor算法,并在FPGA中給予實(shí)現(xiàn),這種實(shí)現(xiàn)方式隨著維數(shù)的增加也具有很好的實(shí)時(shí)性。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)證明了這種基于FPGA的NURBS曲線插補(bǔ)具有很好的計(jì)算能力。本文的主要工作和成果如下:
　　 首先,介紹了NURBS曲線的數(shù)學(xué)模型、性質(zhì)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算方法,詳細(xì)介紹了Cox-deBoor求解

4、NURBS曲線算法。然后,在介紹Quartus開(kāi)發(fā)工具、高速硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種基于FPGA實(shí)現(xiàn)的NURBS曲線插補(bǔ)器。系統(tǒng)詳細(xì)地描述了該系統(tǒng)的系統(tǒng)功能、邏輯功能劃分、核心子模塊功能描述。最后,利用Verilog語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)基于FPGA的Cox-de Boor算法的NURBS曲線插補(bǔ)。對(duì)給定的幾條NURBS曲線進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),并和基于PC的NURBS曲線插補(bǔ)進(jìn)行了比較,仿真結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和優(yōu)越