異構並行計算環境下基於OpenCL的刀具路徑規劃模式研究

《異構並行計算環境下基於OpenCL的刀具路徑規劃模式研究》是依託杭州電子科技大學，由俞武嘉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：異構並行計算環境下基於OpenCL的刀具路徑規劃模式研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：俞武嘉
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

新型智慧型數控系統要求控制任務能夠實現線上處理，對軟硬體系統提出了很高的性能要求。同時，開放式數控系統搭建於類型不同的各種異構軟硬體平台上，造成了不同平台互不兼容，通用任務在不同的平台上必須被重新設計和實現。本項目著眼於將異構系統通用並行計算理論引入數控技術領域，採用一致的技術模式來設計和實現數控系統的任務模組。新近出現的OpenCL技術為異構環境中執行並行化的任務調度和計算提供了可能。通過掌握基於OpenCL技術的數控系統任務模組的運行機理和技術實現方法，以基於異構系統的並行化刀具路徑規劃問題為切入點，探討建立採用並行計算模式的高兼容性、高性能的數控系統任務模組的方法。該類方法可融合數控系統內CPU、GPU、DSP等異構處理器的計算能力，進行協同並行計算來實現平台兼容、高性能的刀具路徑規劃功能。本研究有望為異構環境下開展新一代智慧型數控系統研究提供一種新的技術方法。

結題摘要

本研究針對新型數控加工系統中線上式刀具路徑規劃的高性能要求，提出了基於異構並行計算技術的刀具路徑規劃方案。在對各類傳統串列刀具路徑規划算法進行並行化特性分析的基礎上，完成了對傳統串列刀具路徑規劃方法進行並行化的基本方法和運行機理的研究。 基於CUDA和OpenCL兩種主流的異構並行技術，在B樣條曲面、NURBS曲面上對傳統等參數線法、刀觸點截面線法、加工域規劃法等進行了並行化重構，並在CPU-GPU異構的計算環境下對新的並行算法進行了驗證實驗。同時開展了CPU-GPU異構環境下並行刀具路徑規劃的實驗，進行算法的正確性和有效性驗證。實驗結果顯示並行化刀具路徑規劃較傳統算法能大幅的縮短算法執行耗時，明顯的提升了刀軌規劃的效率。 研究了NURBS曲面的刀具路徑規劃及進給最佳化控制問題，並對NURBS曲線尖角處的插補問題做了深入探討。提出按曲率單調性分割 NURBS 曲線及其規划進給速度控制算法和顛簸度分段線性連續的控制算法等方法，使刀具路徑規劃方法更好的適應高速高精度要求下曲率變化複雜的NURBS曲線曲面加工。提出了臨界曲率分割尖角的NURBS曲線插補算法，能夠對帶有多處尖角的曲線進行穩定完整插補，並能很好抑制尖角處的弦高誤差。 搭建了多軸數控實驗平台，設計和開發了多軸數控刀具路徑規劃實驗平台，對上述理論研究成果進行了測試和實驗驗證。本課題研究成果能顯著的提升刀具路徑規劃的效率，並對變化複雜的NURBS曲線軌跡規劃有較好的適應性，為新型數控系統中高性能的刀軌計算任務提供了可行的解決方案。