基于FPGA的三次B样条曲线硬件插补技术研究

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随着FPGA可编程逻辑技术的不断发展,其低廉的价格,开发的简便性以及出色的并行计算特点使得其在数控插补中具有越来越大的优势,由FPGA实现核心算法是数控插补技术的发展方向。三次B样条曲线可以很精确的表示各种曲线、曲面,成为了当前曲线插补的重点研究对象。本文对三次B样条曲线插补算法进行了相应研究,并在FPGA内实现了等参数分割算法,最后得到了实验验证。本文的主要工作内容如下:首先,介绍了三次B样条曲线的数学理论,以及等参数分割插补算法和恒速进给算法的插补原理,在Matlab软件中进行算法的仿真,并分析了这两种算法各自的优缺点。通过对两种算法的比较,综合考虑FPGA实现以及ARM的粗插补计算,最后选择等参数分割插补算法作为最后FPGA的算法实现目标,这样既能保证插补的实时计算速度,也能保证加工的误差和速度。合理的规划了插补模块的总体方案,并详细介绍了FPGA内等参数分割算法的具体实现过程,并通过相应的数据转换以及计算的流水线操作,进一步提升了该算法的计算速度。最后,通过在实际的数控系统板卡上对不同的曲线进行插补计算,验证了本文设计的正确性,并对曲线的进给速度和误差进行了分析。
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