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基于改进麻雀搜索算法的b样条曲线拟合方法

计算机工程 2023年第1期49卷 100-112页

作者：芦穗豪韩勇齐永阳宋国贤中国海洋大学信息科学与工程学部山东青岛266100 青岛海洋科学与技术国家试点实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266000

航空发动机叶片气动性能设计的改进要求叶片加工系统采用高精度、高效率的加工工艺,基于传统建模方法的叶片加工系统已难以满足当前的加工需求。提出一种基于改进麻雀搜索算法(SSA)的拟合方法,旨在利用最少控制点高效地达到曲线拟合的... 详细信息

航空发动机叶片气动性能设计的改进要求叶片加工系统采用高精度、高效率的加工工艺,基于传统建模方法的叶片加工系统已难以满足当前的加工需求。提出一种基于改进麻雀搜索算法(SSA)的拟合方法,旨在利用最少控制点高效地达到曲线拟合的目标精度,进而提升传统建模方法的精度和效率,建立适用于数字孪生生产环境的高精度、高实时性的三维叶片模型,提高航空发动机叶片的加工合格率。启发式优化算法在b样条曲线拟合中存在收敛慢的问题,而SSA不断跃向最优解的特性使其能快速收敛。基于此,改进SSA的位置更新函数并给出内节点向量更新范围的概念,通过自动迭代内节点向量配置,利用最小二乘法计算最优控制点,依据局部和全局误差计算适应度值并参与下次迭代,多次迭代后得到符合目标精度的拟合曲线。此外,为提高SSA搜索最少控制点的效率,设计一种二分搜索方法。采用某型叶片截面数据进行拟合验证,结果表明,与传统定义节点向量方法和经典优化算法相比,该方法具有较高的拟合精度和收敛效率,在20和80个控制点下分别取得了1e-3 mm和1e-5 mm左右的拟合精度,在5e-3 mm目标精度下,收敛效率较粒子群优化算法、标准SSA分别提升了14.5%~97.8%和35.8%~70.1%,搜索最少控制点的效率较传统方法提升了34.7%~49.6%。

关键词：数字孪生 b样条曲线拟合麻雀搜索算法节点向量二分搜索

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基于正则渐进迭代逼近的自适应b样条曲线拟合

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图学学报 2018年第2期39卷 287-294页

作者：刘明增郭庆杰王思奇大连理工大学盘锦校区基础教学部辽宁盘锦124221

基于渐进迭代逼近(PIA)的数据拟合方法以其简单和灵活的特性获得了广泛的关注。为了获得高保真度的拟合曲线,提出了一种基于主导点选取和正则渐进迭代逼近(RPIA)的自适应b样条曲线拟合算法。首先根据数据点的曲率估计选取初始主导点并... 详细信息

基于渐进迭代逼近(PIA)的数据拟合方法以其简单和灵活的特性获得了广泛的关注。为了获得高保真度的拟合曲线,提出了一种基于主导点选取和正则渐进迭代逼近(RPIA)的自适应b样条曲线拟合算法。首先根据数据点的曲率估计选取初始主导点并生成初始PIA曲线。然后,借助于拟合误差和数据点集的曲率分布选取加细的主导点及实现PIA曲线的更新。得益于基于曲率分布的主导点选取,使得拟合曲线在复杂区域分布较多的控制顶点,而在平坦区域则较少。通过正则参数的引入构造了一种RPIA格式,提升了渐进迭代控制的灵活性。最后,数值算例表明相比于传统最小二乘曲线拟合该算法在使用较少数量的控制顶点时可实现较高的拟合精度。

关键词： b样条曲线拟合正则渐进迭代逼近自适应加细曲率估计

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基于曲面约束的自适应b样条曲线拟合

基于曲面约束的自适应B样条曲线拟合

作者：孟庆宇大连理工大学

学位级别：硕士

用一条光滑曲线来拟合给定的散乱数据是计算机辅助几何、计算机图像、计算机视觉等很多领域的常见问题。b样条方法是计算机辅助几何设计(CAGD)的一类重要方法,拥有着很多良好的性质。本文对约束在曲面上的b样条曲线拟合方法进行了一些... 详细信息

用一条光滑曲线来拟合给定的散乱数据是计算机辅助几何、计算机图像、计算机视觉等很多领域的常见问题。b样条方法是计算机辅助几何设计(CAGD)的一类重要方法,拥有着很多良好的性质。本文对约束在曲面上的b样条曲线拟合方法进行了一些讨论和研究。第一章引入了散乱数据的曲线拟合问题,并介绍了该领域内几种重要的研究方法。第二章简单介绍了b样条曲线及其基本性质。第三章讨论了一种基于曲面约束的自适应b样条曲线拟合方法。该方法利用离散曲率来选取初始的主导点,然后用约束在曲面上的最小二乘方法来进行拟合。在计算数据点和曲线误差的过程中还提出了参数修订的方法。参数修订在拟合过程中起到了至关重要的作用,它使得计算出的误差更加精确,以便于在最适当的地方插入新的主导点。这样就可以使拟合的误差迅速下降。数值试验说明这种方法对于解决约束在曲面上的曲线拟合是高效可行的。第四章给出了用权值的方法解决带有误差的曲线拟合,并给出了数值算例以及误差分析。最后总结全文并提出有待于进一步研究的问题。

关键词：曲面约束 b样条曲线拟合主导点的选取参数修订最小二乘拟合

基于b样条曲线拟合和模糊控制的机械臂时间最优轨迹规划

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基于B样条曲线拟合和模糊控制的机械臂时间最优轨迹规划

作者：何斐凡浙江工商大学

学位级别：硕士

在机械臂的各种应用场景中,对机械臂进行合理的轨迹规划可以更好的发挥机械臂的工作能力。随着生产的复杂化,传统直线或圆弧的末端轨迹已无法满足生产需要,越来越多的任务要求机械臂末端沿不规则曲线进行运动,此类曲线往往无法用数学表... 详细信息

在机械臂的各种应用场景中,对机械臂进行合理的轨迹规划可以更好的发挥机械臂的工作能力。随着生产的复杂化,传统直线或圆弧的末端轨迹已无法满足生产需要,越来越多的任务要求机械臂末端沿不规则曲线进行运动,此类曲线往往无法用数学表达式描述,因此,需要建立末端路径的数学表达式来规划末端的平滑轨迹。此外,为兼顾机械臂的运行速度和稳定性,需要对轨迹进行时间最优规划,同时各关节的角速度和角加速度均在其限制范围内。为建立末端路径的数学表达式,本文提出了一种基于垂直距离估计的b样条曲线迭代拟合方法。该方法使用b样条曲线插值的方式,对末端路径的数据点进行逼近,从而建立末端路径的数学表达式,主要包括插值点选择,节点向量计算,拟合误差计算以及基于拟合误差增加新的插值点。在插值点选取中,本文使用改进的DOM法选择初始插值点。在节点向量计算中,本文使用点索引参数化,来代替弦长参数化。在拟合误差计算中,本文提出了垂直距离估计法,用于计算拟合曲线和数据点之间的垂直误差,其中,对于垂直误差,本文提出了一种中心扩散算法来确定误差三角形,误差三角形的高即为垂直误差。在新增插值点中,本文根据最大垂直距离确定新增插值点在数据点中的位置。通过MATLAb仿真,证明在相同的误差条件下,本文提出的基于垂直距离的迭代拟合方法比基于欧拉距离的拟合方法具有更高的曲线拟合效率。为规划机械臂笛卡尔空间的时间最优轨迹,本文将机械臂的时间最优轨迹规划问题转换为了多约束条件下的非线性最优值搜索问题,并利用最小最大法则,避免了算法在寻优过程中陷入局部最优的情况。为了解决上述问题,本文还提出了一种基于模糊控制的自适应时间搜索算法来搜索最短时间。在MATLAb中进行仿真,对机械臂末端的一段直线轨迹和一段焊缝轨迹进行时间最优规划,使用二分算法,传统梯度下降法和本文提出的算法求解轨迹最短时间,比较这三种算法的执行时间,证明本文提出的算法的高效性。

关键词：机械臂轨迹规划模糊控制时间最优规划 b样条曲线拟合

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运动控制器设计与b样条曲线拟合研究

运动控制器设计与B样条曲线拟合研究

作者：范德和华南理工大学

学位级别：硕士

运动控制器作为数控机床的核心部件，广泛应用于数控装备、机器人控制和自动化检测等领域。随着微电子及DSP（数字信号处理）技术的发展，以DSP和FPGA(现场可编程逻辑门阵列)为主控单元的嵌入式运动控制器正成为当前发展的重要方向。因... 详细信息

运动控制器作为数控机床的核心部件，广泛应用于数控装备、机器人控制和自动化检测等领域。随着微电子及DSP（数字信号处理）技术的发展，以DSP和FPGA(现场可编程逻辑门阵列)为主控单元的嵌入式运动控制器正成为当前发展的重要方向。因此，研究基于DSP和FPGA的运动控制器对数控加工高速、高精度的实现及我国数控加工水平提高有着重要的意义。本文首先在比较了各种运动控制器设计方案的基础上，设计开发了一款以DSP6713和FPGA-A3P400为核心的多轴运动控制器;并详细讨论了DSP最小系统电路、FPGA模块电路、脉冲输出电路、编码器接口电路、HMI通信接口电路等硬件电路的设计。利用VHDL语言通过对FPGA的编程设计，在A3P400芯片中完成了地址译码电路、脉冲发生器、编码器反馈信号处理电路、串口通信等功能模块的设计，并重点讨论了串口通信方案设计、各子模块电路设计及仿真。详细分析了当前运动控制系统常用插补算法的研究现状及特点，针对数控系统在进行连续微线段加工时加减速频繁、运动速度缓慢、加工路径不连续等问题，提出了最小二乘3次b样条曲线逼近拟合算法。并通过拟合预处理选择满足条件的可拟合微直线段，保证拟合误差在限制范围内。仿真实例分析表明，该算法能将大量的小直线段用少量的b样条曲线段逼近，在保证拟合精度的同时，提高了路径的光滑性。最后基于上述硬件电路及控制算法，完成了DSP与HMI通信处理程序、DSP的运动控制测试程序及b样条曲线拟合程序等软件设计。并完成了相关功能的软硬件联调及测试。

关键词：运动控制器数控系统 DSP FPGA b样条曲线拟合

一种基于b样条曲线拟合的带式输送机煤流量激光检测方法

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天津职业技术师范大学学报 2024年第2期34卷 56-61页

作者：段效贤苗笛王以民孙亚林天津职业技术师范大学电子工程学院天津300222 天津工业大学机械工程学院天津300387

针对带式输送机运输煤炭过程中煤流量检测难度较大且精度较低的问题,提出了一种基于b样条曲线拟合的带式输送机煤流量激光检测方法。利用激光测距仪获得了输送带上煤流的横向轮廓数据,将数据预处理后,使用三次准均匀b样条曲线拟合方法... 详细信息

针对带式输送机运输煤炭过程中煤流量检测难度较大且精度较低的问题,提出了一种基于b样条曲线拟合的带式输送机煤流量激光检测方法。利用激光测距仪获得了输送带上煤流的横向轮廓数据,将数据预处理后,使用三次准均匀b样条曲线拟合方法进行拟合,再通过梯形面积累积法计算出煤流轮廓截面积的瞬时值,并通过面元积分法,结合输送带的运行速度、煤炭密度等参数,实现对输送带煤炭流量的实时检测。搭建了基于LabVIEW2018的数据传输系统和煤流量计算系统,并进行了仿真实验。实验结果表明:该方法能在保证测量稳定的情况下有效减小数据噪声,测量精度达到92%以上,具有较强的可行性和有效性。

关键词：带式输送机煤流量激光测距仪 b样条曲线拟合检测方法

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离散数据点的b样条曲线精确拟合

机械科学与技术 2000年第Z1期19卷 119-121页

作者：朱浩方宗德胡鑫西北工业大学西安710072

给出了用Ｂ样条曲线拟合离散数据点的一种算法，首先利用所给的离散数据点，确定出拟合Ｂ样条曲线的分段连接点，即尖点和局部曲率最大点，然后假设拟合点残余误差为白高斯噪声，采用贝叶斯判定律确定每一段拟合曲线的最佳阶次与控制... 详细信息

给出了用Ｂ样条曲线拟合离散数据点的一种算法，首先利用所给的离散数据点，确定出拟合Ｂ样条曲线的分段连接点，即尖点和局部曲率最大点，然后假设拟合点残余误差为白高斯噪声，采用贝叶斯判定律确定每一段拟合曲线的最佳阶次与控制顶点数目，顺利实现Ｂ样条曲线拟合。实验证明采用该算法可以获得更佳的Ｂ样条曲线拟合。

关键词： b样条曲线拟合离散数据点贝叶斯判定律

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基于SURF和轨迹滤波的旋转视频稳像算法

仪器仪表学报 2014年第3期35卷 550-557页

作者：蒋建国牛杰杰齐美彬合肥工业大学计算机与信息学院合肥230009

现有电子稳像技术主要以平移稳像为主,而对同时存在大角度旋转和抖动的视频稳像能力较差,针对该问题提出一种基于SURF和轨迹滤波的旋转视频稳像算法。首先,采用SURF特征点匹配算法获得相邻2帧匹配的特征点,使用双向最邻近距离比值法剔... 详细信息

现有电子稳像技术主要以平移稳像为主,而对同时存在大角度旋转和抖动的视频稳像能力较差,针对该问题提出一种基于SURF和轨迹滤波的旋转视频稳像算法。首先,采用SURF特征点匹配算法获得相邻2帧匹配的特征点,使用双向最邻近距离比值法剔除误匹配点,利用相似变换模型和RANSAC算法,得到高精度的旋转角度并对当前帧进行反向旋转,从而消除视频旋转。然后,使用KLT特征点跟踪算法生成视频的特征点轨迹。最后,采用Kalman滤波和b样条曲线拟合相结合的方法进行稳像处理,进而得到不旋转且稳定的视频。实验结果表明,该算法适合任何角度旋转的视频,消旋精度达到0.02°,且能够有效地消除视频抖动,对于分辨率低,同时存在运动模糊的视频也有较强的鲁棒性。

关键词：视频消旋 SURF算法电子稳像特征点轨迹滤波 b样条曲线拟合 Kalman滤波

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石油钻杆螺纹在机精密检测方法研究

机械工程学报 2018年第8期54卷 101-108页

作者：董祉序孙兴伟王可华晋伟沈阳工业大学机械工程学院中国石油辽河油田分公司资产装备部

针对石油钻杆尺寸长、重量大等装卸不便因素给其两端螺纹廓形参数测量带来的困难,提出一种在机精密检测方法,并成功应用于某数控石油螺纹修复机床。该方法利用数控刀架带动激光位移传感器获取螺纹轴截面廓形数据;为修正传感器因测点倾... 详细信息

针对石油钻杆尺寸长、重量大等装卸不便因素给其两端螺纹廓形参数测量带来的困难,提出一种在机精密检测方法,并成功应用于某数控石油螺纹修复机床。该方法利用数控刀架带动激光位移传感器获取螺纹轴截面廓形数据;为修正传感器因测点倾角带入的测量误差,构建了一个倾角误差模型,对数据进行实时补偿;应用b样条曲线对补偿后的数据进行拟合,结合改进的精英克隆选择算法(Elitist clonal selection algorithm,ECSA)对b样条曲线的节点配置问题进行多目标非线性优化,以汉南-昆信息准则(Hannan-Quinn information criteria,HQIC)为亲和力度量来权衡拟合优良性和计算复杂度,自动且精确地计算内节点数量,从而确定最优的节点矢量;最后通过选取的最佳模型获得螺纹参数。倾角误差实验表明,所构建的补偿模型准确有效且可以提高传感器的数据采集精度;仿真验证表明,拟合方法的数据重构精度高,且比其他用于b样条曲线节点配置的智能算法具备更优良寻优性能;NC50型螺纹检测实验表明,研究的检测方法可以完成石油钻杆螺纹在机精密检测,测量精度为±2μm,提高了测量精度和效率。

关键词：石油钻杆螺纹激光位移传感器克隆选择算法 b样条曲线拟合节点配置