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研究生: 杜黎蓉
Tu, Li-Jung
論文名稱: 利用高效能計算決定數值仿線參數之研究
Determining the Parameters of Rational B-spline Curve by the High Performance Computing
指導教授: 侯廷偉
Hou, Ting-Wei
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系碩士在職專班
Department of Engineering Science (on the job class)
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 69
中文關鍵詞: 自動換刀機構篩選法迭代法分割演算法則運算法則高效能計算有理式B仿線曲線嵌合立體凸輪機構
外文關鍵詞: Sieving Method, Globoidal Cam, auto-tool-changer, Fitting, Curve, High-Performance Computing, Rational B-spline, ATC
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  • 本論文利用高效能計算來求得數值曲線之參數,解決多參數計算耗時的工程曲線嵌合問題。由於數值曲線具有高彈性、平滑性與多解性的特性,可滿足工程作動平滑連續的運動要求,無論在NC與高速切削的機械加工、馬達速度與定位的控制工程、傳動機構、渦輪、 幫浦、機翼等流場元件的工程應用,均須有曲線嵌合的關鍵技術,來滿足工程需求。由於曲線具有階數、節點序與權重序等多參數與工程需求之微分值最小化的合成目標,使得求解困難與計算耗時的問題。本論文以有理式B仿線數值曲線表示法,針對曲線的階數、節點序、權重序等曲線參數,利用高效能計算將原來串列程序改成並列方式處理,縮短縱向演算時間,使用8個CPU,其計算效能可提高至7.5倍,與利用計算域分割的篩選法來提高參數解析度,進行一多參數求解的探討。此種以平行環境及篩選計算,直接求取曲線參數與特性極值,簡明扼要且快速精確的的直接求解,避免預測所產生的誤差,其合成結果優於傳統曲線的機械特性。本論文以低速高性能曲線與高速減震曲線等二種間歇運動曲線合成為例,改善求解問題,縮短演算時間,有效提高處理效率,運用到高精度自動化傳送之立體凸輪機構,降低 25% 慣性作用,與CNC加工機之自動換刀機構,有效減少一半的殘留振幅,使機傳送更為平滑與效能提昇。

    Due to the high flexibility, smoothness, and multi-solutions of a numerical curve, which satisfies the engineering requirements, it is a key technology for the curve fitting of the reversal engineering to satisfy the smoothness and continuity properties of engineering requirements. There are orders, knot sequences, and weight sequences, for numerical curves to define the objective functions and which are to be minimized. But it's a time-consuming process to determine the parameters of a numerical motion curve. The proposed high-performance method, for reducing the execution time, and the sieving method, for increasing the resolution, are used to determine the parameters of Rational B-spline in this thesis. The execution performance (speedup) by using a cluster of 8 PC's can be raised up to 7.5 times. Experiments on a low-speed high-performance curve and a high-speed vibration-reduction curve for the intermittence motion are applied in automated devices and auto-tool-changer (ATC). The results show that they could decrease 25 % inertia actions and half amplitude of vibrations.

    摘要 ABSTRACT 誌謝 目錄 ............................. I 圖目錄 ... ........................ III 表目錄 ............................ IV 符號說明 .... ...................... V 第一章 緒論 .......................... 1 1.1 前言 ........................... 1 1.2 文獻回顧 ......................... 2 1.3 研究目的與方法 ...................... 3 1.4 論文大綱 ......................... 4 第二章 有理式B仿線曲線與應用 ..... ............ 6 2.1 運動曲線種類 ..... .................. 6 2.2 有理式B仿線曲線 ..................... 7 2.3 合成運動曲線 ....................... 14 2.4 合成目標函數訂定 .................... 18 第三章 高效能計算與篩選法於曲線合成運用 ........... 21 3.1 高效能計算運用簡介 ................... 21 3.2 高效能計算分割與篩選 .................. 22 3.3高效能計算時序 ...................... 32 第四章 平行處理分割與結果比較 .... ............ 39 4.1 低速高性能曲線 ...................... 39 4.2 高速減震曲線 ...................... 49 4.3 工具機自動換刀機構振幅分析 ................ 50 第五章 結論 ......................... 58 參考文獻 ...........................59 附錄一、無因次正弦與等速曲線方程式................62 附錄二、非參數式有理式 B 仿線之微分式 ..............66 附錄三、國家高速電腦中心高效能計算軟硬體設備...........67 圖2.1、無因次解析式曲線圖 ...................9 圖2.2、五階六階限制條件B仿線函數結構圖 ............12 圖2.3、無因次數值曲線圖 ... ................19 圖3.1、並列式平行處理 ....................21 圖3.2、數值曲線參數結構圖 .................. 23 圖3.3、篩選法程式撰寫示意圖 ................. 25 圖3.4、計算域系統分割示意圖 ................. 26 圖3.5、程式資料流程圖 .................... 29 圖3.6、程式系統流程圖 ................... 31 圖3.7、高效能計算時序圖 ................... 38 圖4.1、使用MPI計算效能圖 ................... 43 圖4.2、使用MPI計算時間圖 ................... 43 圖4.3、執行收斂圖 ...................... 45 圖4.4、四五六階無因次曲線圖 .... ............. 47 圖4.5、立體凸輪機械特性圖 ................. 48 圖4.6、間歇機構作動時序圖 ................. 51 圖4.7、凸輪機構動態模式示意圖 .... ............ 51 圖4.8、凸輪外廓 ....................... 52 圖4.9、無因次曲線與殘振圖 .................. 56 表2.1、間歇運動基本限制條件 ................ 15 表3.1、高效能計算系統執行次數表 ............... 34 表 4.1、計算時間效能表 ................... 42 表 4.2、執行時間效能表 ................... 42 表4.3、與現有曲線無因次特徵值比較表 ............. 46 表4.4、合成曲線極值與參數值 ................ 50 表4.5、減震曲線特徵比較表 .................. 57

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    下載圖示 校內:2004-07-18公開
    校外:2004-07-18公開
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