開放式數(shù)控原型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運動控制的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著信息技術(shù)和制造技術(shù)的不斷融合以及企業(yè)制造模式的變革，現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，它已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、智能化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)。目前，對開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究和開發(fā)已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點。 開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)90年代，目前國際上有關(guān)機(jī)構(gòu)正在對開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用情況進(jìn)行評估，并正著手開展后續(xù)項目的研究。在國內(nèi)，開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)處于初級階段，雖然各個系統(tǒng)都向基于PC的體系結(jié)

2、構(gòu)方向發(fā)展，但在具體的實施開發(fā)過程中還存在很多問題，特別是對于應(yīng)用系統(tǒng)開放性的研究和國外還相差甚遠(yuǎn)。本文以中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重大項目“開放式和智能化的數(shù)控系統(tǒng)平臺”和遼寧省重大科技攻關(guān)項目“高速、高精鏜銑加工中心數(shù)控系統(tǒng)及設(shè)備開發(fā)”為研究平臺，具體地分析和總結(jié)了國外的NGC、OMAC、OSACA、OSEC及OCEAN研究計劃，以及正在開展的后續(xù)研究項目的研究情況，在此基礎(chǔ)上，對開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的實現(xiàn)進(jìn)行了全方位的研究，

3、對數(shù)控系統(tǒng)中的有關(guān)控制問題也進(jìn)行了較深入的探索。 本文主要圍繞開放式數(shù)控原型系統(tǒng)這個中心展開研究工作，從原型系統(tǒng)參考框架的提出，到系統(tǒng)實時平臺和通信平臺的選擇、系統(tǒng)功能要素的確定、層次化體系結(jié)構(gòu)的建立、系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)等多個方面，對基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了較全面的研究，建立了完整的開放式數(shù)控原型系統(tǒng)，并對數(shù)控系統(tǒng)中的加減速控制和進(jìn)給伺服系統(tǒng)的摩擦補(bǔ)償控制方法也進(jìn)行了研究和探索，提出了相應(yīng)的控制方法。具體的研究工作如下：

4、 1.有關(guān)開放式數(shù)控系統(tǒng)實時平臺及通信平臺的研究實時平臺和通信平臺的建立是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)可移植、可伸縮及互操作的關(guān)鍵。本文分析了開放式數(shù)控系統(tǒng)對實時平臺的要求，比較了新近的幾種開發(fā)平臺，確定基于開放源的RT-Linux系統(tǒng)作為開發(fā)系統(tǒng)的實時平臺，并根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)實時通訊的需求，引入了開放式數(shù)控系統(tǒng)的通信平臺，即基于共享存儲區(qū)的RCS通信中間件系統(tǒng)。 2.基于虛擬機(jī)的四層體系結(jié)構(gòu)的提出通過對傳統(tǒng)基于三層體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)的分析，借

5、鑒計算機(jī)軟件技術(shù)中的虛擬機(jī)概念，提出了基于虛擬機(jī)的四層體系結(jié)構(gòu)的思想，建立了開放式數(shù)控原型系統(tǒng)的參考框架。 3.開放式數(shù)控原型系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及功能模塊的研究本文對開放式數(shù)控原型系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu)進(jìn)行了具體分析，從層次化控制結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)控制流、系統(tǒng)數(shù)據(jù)流和模塊組織結(jié)構(gòu)等從多角度描述了該系統(tǒng)，具體地設(shè)計了數(shù)控系統(tǒng)中的運動控制器模塊和I/O控制器模塊，實現(xiàn)了模塊的功能。 4.加工測試和系統(tǒng)驗證為驗證論文的研究成果，搭建了數(shù)控系統(tǒng)平臺

6、。并基于NC-210硬件系統(tǒng)，對原型系統(tǒng)的功能在數(shù)控銑床上進(jìn)行了測試和驗證。 5.實時插補(bǔ)中的加減速控制的研究本文在分析了現(xiàn)有的加減速控制方法的基礎(chǔ)上，對S曲線加減速控制進(jìn)行了深入的研究，通過在系統(tǒng)中的運行驗證了該方法的有效性；并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索了面對復(fù)雜曲面加工時，實時插補(bǔ)中加減速控制的問題，提出了基于模糊數(shù)學(xué)理論的模糊加減速控制方法。 6.進(jìn)給伺服系統(tǒng)摩擦補(bǔ)償控制的研究通過對進(jìn)給伺服系統(tǒng)中摩擦問題的詳細(xì)分析，估