基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正朝著高精化、高速化、柔性化、智能化等方向發(fā)展。傳統(tǒng)的封閉式數(shù)控系統(tǒng)因其缺乏開(kāi)放性而無(wú)法適應(yīng)靈活多變的市場(chǎng)需求。開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件都具備可置換、可擴(kuò)展和可互操作等靈活多變的特性，因而受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文針對(duì)于多個(gè)著名開(kāi)放式控制系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行研究，提出了切合實(shí)際的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)想并設(shè)計(jì)了軟硬件架構(gòu)。在基于現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)中，主站控制器與從站運(yùn)動(dòng)模塊之間的通信不僅要滿(mǎn)足底層運(yùn)動(dòng)

2、模塊的柔性擴(kuò)展而且還需要滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)時(shí)性和同步性，因此其通信方式的研究相當(dāng)重要。另外在采用COM組件的方式對(duì)數(shù)控軟件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)控制模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)是考慮的重點(diǎn)。其中曲線插補(bǔ)技術(shù)將有助于數(shù)控系統(tǒng)性能的提高，它能夠使系統(tǒng)直接進(jìn)行曲線加工，從而提高系統(tǒng)的加工精度和加工效率。
　　 本文對(duì)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的通信方式和曲線插補(bǔ)技術(shù)兩個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行深入細(xì)致的研究。在通信方式的研究過(guò)程中，比較了多種實(shí)時(shí)以太網(wǎng)在

3、通信速率、同步性和實(shí)時(shí)性方面的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性，確定了既能滿(mǎn)足開(kāi)放性要求又能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性、同步性要求的EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)作為通信方式。EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)具有高傳輸速率、良好同步性，高實(shí)時(shí)性，具備開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)能夠克服傳統(tǒng)脈沖和模擬量傳輸方式的傳輸速率慢、通信質(zhì)量差和缺乏開(kāi)放性等弊端。本文將對(duì)EtherCAT通信協(xié)議、工作原理以及數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，為后續(xù)主站控制軟件的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。數(shù)控系統(tǒng)如果采用直線插補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行曲線加

4、工，將使加工速度和加工精度受限。如果數(shù)控系統(tǒng)能夠采用曲線插補(bǔ)技術(shù)，將有益于提高曲線加工時(shí)的加工速度和加工精度。本文在對(duì)恒定參數(shù)增量、泰勒一階、泰勒二階插補(bǔ)算法的研究基礎(chǔ)上提出了基于插補(bǔ)弦長(zhǎng)的自適應(yīng)多段均勻有理B樣條曲線插補(bǔ)算法。該算法能夠根據(jù)曲線的曲率和插補(bǔ)弦長(zhǎng)的情況，在弦弓高誤差的控制下實(shí)現(xiàn)速度的自適應(yīng)控制。該算法可以使數(shù)控系統(tǒng)獲得更高的加工速度和更高的加工精度。本文在上述關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上搭建了基于EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的開(kāi)放