基于Windows操作系統(tǒng)的開放式數(shù)控系統(tǒng)研究.pdf

1、現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)對數(shù)控系統(tǒng)提出了更高的要求，設(shè)計和開發(fā)一種可根據(jù)用戶需求，迅速建立一個開放式的原型數(shù)控系統(tǒng)，適應(yīng)市場對產(chǎn)品多樣化的需求，成為數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。Windows 操作系統(tǒng)具有多任務(wù)操作特性，支持多線程，可實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)實時多任務(wù)控制，因此在Windows 操作系統(tǒng)平臺下研發(fā)開放式數(shù)控系統(tǒng)是一個重要發(fā)展方向。本文完成的主要研究工作如下：
　　 1.在全面分析開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢以及傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)存在的不足的基礎(chǔ)上，提

2、出了基于Windows 操作系統(tǒng)平臺，采用IPC機(jī)+運(yùn)動控制卡模式和主從式結(jié)構(gòu)對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究和開發(fā)。其中以GT-400-SV運(yùn)動控制卡作為數(shù)控系統(tǒng)下位機(jī)的核心，構(gòu)成多軸運(yùn)動實時控制單元；以IPC機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行非實時性任務(wù)的處理。通過總線通訊和雙端口RAM 通訊方式，以及制定的上下位機(jī)數(shù)據(jù)傳送通訊協(xié)議，保障了上下位機(jī)的實時數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)了直線和圓弧插補(bǔ)，運(yùn)動加減速控制等實時運(yùn)動控制內(nèi)容。在需求分析的基礎(chǔ)上，以IPC為硬件基礎(chǔ)

3、，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)功能設(shè)計了系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型，給出了系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和系統(tǒng)開放性的實現(xiàn)方法，進(jìn)行了系統(tǒng)硬件和軟件的總體設(shè)計。
　　 2.在硬件體系結(jié)構(gòu)上，采用模塊化方法搭建和擴(kuò)展硬件系統(tǒng)。選擇IBM-PC總線作為功能模塊連接的總線標(biāo)準(zhǔn)，選擇具有多個EISA 插槽的母板構(gòu)成硬件連接底板，插接符合標(biāo)準(zhǔn)要求的微型計算機(jī)板(上位機(jī))和運(yùn)動控制卡(下位機(jī))，搭建了基本的數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)架。用戶能夠通過插接符合IBM-PC 總線標(biāo)準(zhǔn)的功能板塊擴(kuò)展數(shù)控系

4、統(tǒng)的硬件，組成滿足自己要求的系統(tǒng)，實現(xiàn)了硬件的開放性。
　　 3.在軟件體系結(jié)構(gòu)上，上位機(jī)運(yùn)行主流的Windows 操作系統(tǒng)，下位機(jī)運(yùn)行μc/OS嵌入式計算機(jī)實時操作系統(tǒng)。將數(shù)控系統(tǒng)的軟件功能，根據(jù)時間緊迫要求，劃分為強(qiáng)實時性任務(wù)、弱實時性任務(wù)和非實時性任務(wù)；根據(jù)對硬件I/O的操作要求，劃分為操作類和非操作類。將實時性強(qiáng)的和I/O操作的功能主要安排給運(yùn)動控制器執(zhí)行。對各功能進(jìn)行分類封裝，建立了通用類庫。定義了應(yīng)用程序編程接口(A

5、PI)，通過該接口能把用戶專用軟件模塊擴(kuò)展到系統(tǒng)中，使系統(tǒng)達(dá)到了一定的開放性。
　　 4.針對數(shù)控系統(tǒng)多任務(wù)控制這一特點(diǎn)，對Windows平臺下的多線程技術(shù)、任務(wù)調(diào)度策略以及進(jìn)程間的通訊進(jìn)行了深入的分析。進(jìn)而根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，把系統(tǒng)任務(wù)分為系統(tǒng)總控進(jìn)程、人機(jī)界面進(jìn)程、軌跡規(guī)劃進(jìn)程和運(yùn)動控制進(jìn)程，各進(jìn)程又劃分功能相對獨(dú)立的子線程，通過設(shè)定線程的優(yōu)先級，利用多線程調(diào)度策略和中斷機(jī)制技術(shù)，實現(xiàn)了對數(shù)控系統(tǒng)弱實時任務(wù)的控制，利用下

6、位機(jī)實現(xiàn)了對數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)實時任務(wù)的控制。系統(tǒng)采用消息、共享內(nèi)存和命名管道三種通訊機(jī)制，實現(xiàn)了進(jìn)程間的通訊，保障了各功能模塊協(xié)同完成加工任務(wù)。
　　 5.在數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)上，以VC++為開發(fā)工具，以面向?qū)ο蟮哪K化方法設(shè)計了人機(jī)交互界面軟件模塊、加工程序預(yù)處理模塊、譯碼模塊和插補(bǔ)模塊，實現(xiàn)了上位機(jī)對數(shù)控加工代碼的編譯、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定和刀具補(bǔ)償?shù)裙δ?；開發(fā)了運(yùn)動控制功能模塊，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的回參考點(diǎn)、點(diǎn)動控制、增量控制、運(yùn)動加減速控制