靳泽宇[1]2003年在《基于组件的开放式数控系统软件的体系结构研究》文中进行了进一步梳理本论文讨论的是基于组件技术的开放式数控系统软件的研究。主要工作是基于开放式系统的思想，总结出传统数控的特点，探索基于组件的开放式数控系统软件的结构。 开放式控制系统有叁个不同的开放程度，环境的开放，接口的开放，组件模块的开放。叁者体现了不同的实现技术，本文讨论的是“标准组件模块体系结构”的开放。在这个层面上，以通用操作系统作为控制系统的应用平台，以组件技术为实现技术进行开发。 COM组件是一个二进制重用的对象模型。基于COM组件技术，可以使系统实现二进制兼容，不仅可以提高开放式控制系统的可扩展性，而且有助于将系统的接口标准化。Ezcom技术是COM组件技术的发展。作为我国自己的组件技术，它的应用有助于实现我国自己的开放式系统，使我国在开放式技术上有自己的核心技术。 使用组件技术实现开放式数控系统具有许多优势，可以促使一些厂商将精力集中到一些特定功能的组件上，提高数控系统领域的分工；使用组件技术可以逐步的实现开放式系统的叁个开放程度；并且为网络制造的发展提供了支持。 本文论述了通过使用管道过滤器模型实现了对于不同控制方式采用统一的数据／控制处理方式，和将不同的控制方式都映射为自动加工模式，使用系统配置等多种设计策略实现开放式数控系统的体系结构。并在论文的最后一部分讨论了如何使用State模式实现不同的控制方式和插补的实现。
韩霜[2]2007年在《混联研抛机床开放式数控系统体系结构及其插补算法研究》文中研究表明开放式数控系统是制造技术领域的关键技术之一,同时也是全球制造学科的研究热点之一。本文针对开放式数控系统应具有的相互操作性、可移植性、可扩展性、相互替代性和可伸缩性等特点展开深入研究。创新性的提出采用软件工程学的组件技术对开放式数控系统的整体结构进行构建,完成数控系统中各功能组件的开发。创造性的提出以软件学中的模式理论为基础,引入资源管理模式对数控系统中所涉及的实时和非实时资源进行有效管理。同时对开放式数控系统中各组件之间的接口、上位机与下位机之间通讯接口及数控系统与伺服控制器之间的通讯接口进行了分析及规划。以课题组自主研发的串-并混联式研抛机床为实验平台,构建了基于组件技术的研抛专用开放式数控系统。研究了空间叁维曲线的插补算法,对采用MRR(均匀去除率)的NURBS插补算法进行了研究,并与恒定进给速度和控制弦长误差的NURBS插补算法进行了仿真实验比较,对以串-并混联研抛机床为实验平台的开放式数控系统进行开放性实验。实验结果表明,组件技术及资源管理模式的采用提高了数控系统的开放性及系统响应等各项性能。MRR的NURBS插补算法的应用提高了工件的表面质量。课题的研究工作得到了吉林省科技发展计划重点项目《仿人高效研抛自由曲面专用机床嵌入式控制系统的研究》,(编号:20040325)的资助。
谷岩[3]2014年在《数控系统软件可靠性设计与故障分析技术》文中指出数控机床是加工制造业的基础装备，数控系统作为数控机床的核心功能部件，对数控机床的整体性能起着关键作用。国产数控系统与国外产品相比，功能和精度水平已逐渐接近，但在可靠性方面尚有较大的差距。我国每年都要进口国外大量高精数控系统，不仅价格昂贵而且还受到各种制约。因此提高国产数控系统可靠性，大力发展国产数控系统已经成为提高我国装备制造业的发展进程的必由之路。由于硬件技术越来越成熟，软件故障成为了导致数控系统故障的主要原因。随着计算机技术的飞速发展，软件的规模不断增大，层次更加复杂，系统的并发性不断增强。数控系统软件故障也随之增多，为了避免相应的损失，研究数控系统软件可靠性对提高我国数控系统产品性能变得非常重要。本文结合国家科技重大专项课题“数控系统可靠性技术及重型机床运行可靠性研究”和“国产滚动功能部件在中高档数控机床上的示范应用”的研究工作。针对数控系统软件可靠性，对可靠性分配、组件装配建模、软件故障定位、软件可靠性预测技术进行了研究，论文的主要研究工作如下：（1）提出了基于体系结构的数控系统软件可靠性分配方法。分析了数控系统结构和组件技术，建立了基于组件技术的数控系统软件体系结构。把数控系统可靠性指标分配给功能组件，以系统实用性为目标函数，功能组件的可靠度和费用函数为约束条件提出了可靠性分配方法。用AHP方法计算了数控系统软件体系结构各层元素相对权值，通过文化算法求出各个组件的分配指标。开展了数控系统软件可靠性分配实验，得到了各个功能组件的分配指标。结果表明该方法保证了数控系统可靠性指标满足要求，同时有效地节省了开发成本，提高分配方法的有效性，并为子系统的开发提供了依据。（2）建立了基于可靠性的数控系统组件装配模型。研究了数控系统软件可靠性评价指标体系，提出基于可靠性的数控系统组件装配技术，建立了基于可靠性的数控系统组件装配模型。将数控系统功能组件化，以数控系统软件可靠性度量参数作为主要评价指标，搭建数控系统。针对粒子群局部收敛的缺点，提出了惯性权重伸缩法改进粒子群算法，并且根据组件装配方案优选的特点，提出了基于改进粒子群算法的组件装配模型求解方法。对数控系统实时性要求较高的插补功能进行了组件装配，实例结果表明该方法不但使数控系统软件具有灵活性，易于修改和扩充，更可以简单、高效地装配出符合制造需求的高可靠性数控系统。（3）提出了基于体系结构扩展的数控系统软件故障定位方法。分析了数控系统软件故障机理，提出数控系统软体系结构扩展方法。建立数控系统软件体系结构扩展组件，监测数据形态和运行路径，得到了失效路径。采用相似路径集算法生成失效路径的相似路径集，建立了基于最小二乘支持向量机怀疑度计算模型，确定故障语句，排除故障，从数控系统结构层面进行软件的故障定位。在多轴运动控制卡PCI-7344上进行了故障定位实验。实验结果表明，以数控系统软件整体结构特性为基础，进行的体系结构扩展，并且通过相似路径和最小二乘支持向量机定位故障的方法，避免了程序员的反复测试和调试，不受人为因素和水平的限制，是种可行的数控系统软件故障定位方法。（4）建立了数控系统软件可靠性预测模型。分析了数控系统软件的故障原因，对发生故障较频繁的数控系统功能组件进行故障模式及故障原因分析。针对BP神经网络收敛速度慢的缺点，提出基于粒子群优化的BP神经网络算法。根据数控系统软件可靠性预测的特点，建立了改进BP神经网络算法的数控系统软件可靠性预测模型。把采集到的某型号数控系统软件故障数据进行处理，得到了神经网络输入样本集。通过网络训练，满足设定的误差值后，预测了某型号数控系统软件的可靠性。
陈蔡涛[4]2006年在《基于XScale处理器的嵌入式数控系统软硬件技术研究》文中提出数控系统的产生和发展一直都与计算机技术密切相关。如何进一步提高数控系统的开放性、实时性、可靠性、集成度与人机交互的友好性,降低成本与功耗,是新一代数控系统必须考虑的问题。而嵌入式系统正以其此类诸多优点,被越来越广泛地应用于数控系统之中,成为新一代数控系统的发展方向之一。ARM体系结构的处理器,处理速度快、超低功耗、价格低廉、集成度高。Windows CE.NET嵌入式操作系统以其强大的通信能力、优秀的人机交互功能、大大提高的实时性、完善的配套开发工具、很好的软件集成度以及对诸多处理器的完美支持,在嵌入式领域得到了广泛的应用。正是基于这些考虑,本文对采用XScale处理器和Windows CE.NET操作系统的嵌入式数控系统软硬件相关技术做了一些研究。论文主要内容包括:1)从数控系统开发要求入手,对数控系统的软硬件体系结构进行了研究。2)结合数控系统的进一步开发要求,给出了数控系统硬件平台的嵌入式解决方案,包括处理器、处理器周边的一些模块、数控系统与执行部件的接口(进给控制接口、主轴控制接口等)以及以单片机为核心的内置式PLC等。3)分析了Windows CE.NET操作系统的多任务调度机制、中断响应机制、实时性能以及系统模型,并详细介绍了基于硬件平台的操作系统平台创建工作。4)给出了在实时操作系统Windows CE.NET下的数控系统应用软件总体设计方案,并介绍了其主要模块外部接口定义、内部实现以及任务间的通信方案。5)以前面的研究为基础,做了一些实践开发工作,如内置式PLC以及人机交互系统设计等。最后,对全文工作做了总结,并根据开发过程中碰到的问题,提出了需要进一步改进和完善的工作内容。
袁晓明[5]2007年在《基于组件技术的开放式数控系统研究与开发》文中研究说明随着数控技术的不断发展和应用领域的不断扩大，传统数控系统封闭式结构的兼容性差、功能不易扩展或修改等缺点日益明显，开放式数控技术应运而生，成为数控技术发展的趋势。开放式数控技术研究的目标是使数控系统能构筑于开放的平台之上，具有可扩展性、可移植性、互换性、互操作性等特点，用户可按需集成、更改或扩展系统的功能，以适应市场的快速变化。本论文采用基于COM的组件技术，以windows2000操作系统和IPC机构筑数控系统的软、硬件平台，研究和开发开放式数控系统。主要内容包括：1．分析了数控技术的发展、趋势、国内外研究现状和国内数控研究存在的不足，指出了开放式数控技术研究的必要性；2．讨论了开放式数控系统的概念、特征和评价标准，从概念设计的角度，结合国内外开放式数控技术的研究成果，分析了叁种模式的开放粒度；3．在比较常用组件技术的基础上，系统阐述了COM的概念、特点和实现机制，分析了利用COM组件技术开发开放式数控系统的可行性和优越性；4．根据组件化软件开放性的特性，设计了基于COM组件技术的开放式数控系统平台；全面分析了数控系统的功能特性和内部逻辑结构，合理划分了系统组件模块，并讨论了组件间数据流的关系；设计和实现了关键组件；在此基础上，本文基于“IPC+NC”的开发模式开发了印制板数控钻铣床原型机，并验证了数控系统的开放性。
游有鹏[6]2001年在《开放式数控系统关键技术研究》文中研究指明数控系统的开放化是当今数控技术的发展主流。开放式数控系统的研究目的是要建立一种新型的模块化、可重构、可扩充的控制系统结构，以增强数控系统的功能柔性，在体系结构上给用户留有进行二次开发的更多余地，能够快速而经济地响应新的加工需求。 国际上开放式数控研究的相继开展日益引起了国内数控界的广泛关注。但目前国内关于开放式数控的研究尚处于起步和探索阶段，相关研究往往限于局部，缺乏系统化研究。本文围绕着开放式CNC系统设计中的若干关键技术，从体系结构分析、系统硬件结构的开放化设计、系统软件的建模与开发、以及运动控制中的插补技术等方面进行了系统研究。全文主要研究工作和成果如下： (1)从概念设计的角度，系统研究了开放体系结构CNC系统的关键性基础问题：CNC体系结构的概念及其对系统性能和发展的重要性：现有CNC系统体系结构的特点和缺陷；CNC系统体系结构开放的必要性、开放的理念和目标以及实现开放的途径。最后，在需求分析的基础上，给出了开放式CNC体系结构的设计原则和概念模型，为进一步实施开放式CNC系统的软、硬件结构构造和详细设计提供了一个总体参考框架。 (2)针对开放体系结构CNC系统的开放特性需求，研究了数控系统硬件结构开放化设汁的基本原则；通过对CNC系统硬件模块划分和总线选择方法的深入分析，提出了基于现场总线的分布式模块化CNC系统硬件结构，并详细设计了基于CAN总线的模块化系统结构以及各功能模块。 (3)研究了开放式CNC系统的软件体系结构与开发方法，提出了应用COM组件技术构造和开发CNC系统软件的方法。将面向对象分析技术与基于行为的建模技术分别应用于系统软件的静态功能和动态行为的分析与建模，建立了一个层次化、组件化的开放式数控软件结构。系统研究了基于COM的组件化CNC系统软件实现技术。 (4)对开放式CNC系统实现复杂轨迹控制的曲线插补技术进行了系统研究，提出了通用参数曲线等多种插补算法，不仅显着增强了CNC系统的轨迹控制功能，统一了零件在CAD／CAM／CNC中的曲线表达形式，简化了编程，而且直接以CNC系统插补步长逼近曲线，大大提高了曲线加工的插补精度和加工效率，是新一代高性能CNC机床实现复杂轨迹控制的关键技术。 (5)首次系统研究了作为新型国际标准的NURBS曲线的高速、高精度插补技术和算法。针对NURBS曲线为有理形式的分段参数方程，其轨迹、导数、曲率等计算异常繁琐，计算量大，实时性差的技术难点，算法中综合运用了插补预处理、快速参数递推以及合理近似等技术措施，有效地保证了NURBS曲线插补的实时性。 (6)针对现代高速、高精度加工的插补控制需求，深入研究了曲线插补中的性能控制方法，突破了传统的静态、开环控制方式，首次在插补算法中引入对轮廓误差、进给 用京航9航天大学博士学位论文速度误差、极限进给加速度等性能指标的实时监控，使插补进给随曲线曲率自适应调整，确保插补控制能全面满足现代高性能CNC M对高速、高槽度加工的性能要求。
王延伦[7]2004年在《基于COM技术的开放式数控软件原型系统开发》文中指出数控系统正逐步向着灵活性、组件化、可重构的开放式体系结构的方向发展。用软件复用,软件重构等软件开发新技术对开放式数控系统进行研究,已成为一种趋势。本论文紧密结合开放式数控技术的发展现状,在系统阐述COM技术的概念及特点的基础上,分析了基于COM技术下的开放式数控系统的基本概念、特点、目标和需求,提出了实现开放式数控系统所应满足的基本规范;对国内外的开放式体系结构进行了分析研究,根据开放式数控系统特点,参考OSACA体系结构,提出了基于COM技术的开放式数控系统的体系结构,并对之进行了深入分析;根据组件化软件开放性的特性,对数控系统组件按照功能特性和内部逻辑结构进行了合理的、全面的,系统的划分;根据COM规范,提出了开发数控组件的基本方法,利用COM技术的二进制语言无关性、进程透明性、可重用性及接口规范性等特点,对数控系统的各组件模块进行了开发;分析了开放式数控系统组件间数据流关系及任务调度,把所开发的组件在开发环境中进行链接,开发出了数控软件原型系统。该原型系统具有一定的开放性,并能对运动轨迹进行模拟。最后对基于Windows平台的数控系统实时性控制进行了分析,用VxD编程技术,在解决Windows环境下数控系统实时控制方面进行了研究。
杨天文[8]2005年在《基于COM组件技术的开放式数控系统设计与研究》文中认为开放式数控系统是数控系统发展的趋势,也是当前研究的热门。本文基于COM 组件技术对开放式数控系统进行了研究、设计与实现。研究了开放式数控系统体系结构,构建了具有良好开放性的数控系统,并对该数控系统硬件、软件的实现方法作了阐述。在分析COM 组件技术开发开放式数控系统优势的基础上,采用该技术对开放式数控系统软件进行了详细设计,包括软件结构的设计、功能组件的合理划分、组件间的协调与通信、关键组件模块的实现等。采用编译加解释的方式处理数控代码的编译,在加工执行时,用较小的内存实现了从数控代码到插补控制命令的转换。采用多线程技术实现组件模块间的协调和通信,将windows 提供的线程同步方法和COM 技术提供的线程同步方法相结合较好地实现了线程同步。插补算法方面,采用上下位机的形式对加工零件进行粗/精二次分层插补,并提出粗插补时上位机采用终点坐标修正和插补速度修正的方法实现数控系统的闭环控制。采用运动控制卡、硬件定时卡和windows 系统定时器解决数控系统实时性问题。对实时性强弱的不同要求,用不同的方法给予满足,提高了系统的性能,同时又节约了系统资源。提出用软件PLC 解决数控系统的逻辑控制问题,并设计了软件PLC 的开发系统和运行系统。软件PLC 的设计研究中使用了如下一些方法:用位图实现梯形图的绘制,用链表数据结构反映梯形图元素输入的先后顺序,用二维数组反映元素间的排列顺序,用二叉树反映元素间的逻辑关系,用指令表的形式记录梯形图编译的结果。从链表到二维数组,从二维数组到二叉树,从二叉树到指令表,这一系列的转化过程构成梯形图的编译过程。软件PLC采用周期循环的运行方式,在一个运行周期中,逐条解释指令表中的指令并执行。本文巧妙运用堆栈解决软件PLC 执行中的逻辑运算。目前,该课题的研究成果已成功应用于工业生产中。
陈铭[9]2012年在《基于运动控制卡的开放式数控系统设计及应用》文中认为开放式数控系统是一个集开放性、互换性、可移植性和扩展性于一体的开放平台。本文围绕着开放式数控系统设计中的关键性问题,从开放式数控系统的体系结构、系统硬件的设计、系统软件的建模与开发技术等方面进行全面的分析,并通过改造传统的数控钻床验证开放式数控系统可行性和正确性。全文主要研究工作和成果如下:(1)总结数控系统(CNC)的发展历史并分析发展趋势,阐述现有的传统封闭式体系架构的缺陷,并以此为依据说明开放式数控系统的必要性。调研开放式数控系统的国内外发展现状,确定“PC+运动控制卡”开放式CNC体系结构的模型,在物理上和逻辑上对模型进行分层次的模块化,为确定开放式CNC系统的硬件设计方案和软件体系架构提供参考框架。(2)针对CNC系统的开放特性需求,研究数控系统硬件结构开放化设计的基本原则,采用工业计算机和运动控制卡搭建开放式CNC系统的硬件平台。(3)研究开放式CNC系统的软件体系结构与开发方法,提出应用COM组件技术开发CNC系统软件的方法。建立基于COM组件技术的可重构数控系统软件模块库,对数控系统软件模块库进行标准化的接口定义,基于COM的组件化技术编写CNC系统软件。(4)叙述人机交互图形界面的信息传递过程,建立用户模型。根据用户模型并综合设计中各种相关因素概括具体的人机界面设计指导原则在总体设计原则的指导下为人机交互图形界面库图形组件编写具体实现。(5)以开放式数控系统软硬件平台为基础,改造传统的数控叁维钻床。测试结果验证开放式数控系统架构的可行性和正确性,并进行对未来工作的展望。
毛锋[10]2005年在《金属板材数控渐进成形关键技术研究》文中提出传统的板材零件通常通过模具的凸、凹模作用获得所需形状。因为制造模具的成本很高,这种制造方法仅仅适合于大批量生产。为了满足用户产品多样化的要求,需要开发适合于小批量产品生产的新工艺。在过去几年开发的多种方法中,应用简单工具的板材数控渐进成形工艺的研究受到极大的关注。板材数控渐进成形工艺不需要专用的模具,是一种柔性的成形工艺,它根据板材零件的成形要求设计数控程序,然后通过数控机床的进给系统,成形工具按照一定的轨迹逐步地成形板材,直到得到需要的零件。可以通过修改产品的数字模型来调节成形工具的运动轨迹,达到改变成形零件形状的目的。因此,它的成形周期短,产品更新快。这种工艺非常适合于小批量、多品种和复杂的板料产品。本文紧紧围绕该成形工艺的柔性特点,对开放式控制系统以及与其相适应的开放式软件系统进行了深入研究,并针对不同成形问题深入研究了各种工艺规划策略,在提高加工效率、改进加工工艺、改善系统的可靠性和提高制件精度等方面取得了大量的研究成果,而且这些研究成果已被应用于HRPB系列快速成形系统中,对该系统快速制造出质优价廉的零件起到了重要的作用。本课题所开发的金属板材数控渐进成形机,其机身为框架式结构,具有结构简单、惯量小的优点。由于设备X方向行程较长、转矩较大,本系统采用了X轴双电机驱动方案,保证了动横梁的运动平稳。作者对不同的控制策略进行了分析对比之后,使用全坐标控制方式有效地解决了双电机驱动的同步问题。另外,在成形过程中,成形力将随着材料堆积和硬化而不断发生变化,从而诱使系统发生机械振荡,经过试验证明,在PID控制基础上加入加速度负反馈和陷波滤波功能的控制方案能够较好地抑制振荡的发生。考虑到金属板材数控渐进成形工艺对于系统快速扩展功能、多操作平台可移植性等方面的要求,以具有高度开放能力的PMAC2-PC多轴运动控制器作为控制下位机,以PC机作为控制上位机,将实时控制任务和设备管理任务分开,两者之间采用高速双端口RAM作为数据传送接口,通过中断通讯的方式保证数据通路畅通。组件化的程序设计方法被引入到数控软件系统的开发中,通过构建二进制一级可重用组件库,采用多层式系统模型,实现了软件系统的开放性和体系结构可复用性的目的。在基于组件的系统平台上,本系统采用了先进的结构化存储方法对加工数据进行存储,实现了加工数据内部的文件系统管理,对分层制造中的加工数据进行结构明晰、存取方便、高效可靠的存储管理。通过对轨迹段进行拼接整合,压缩简化了加工数据,为轨迹的工艺规划奠定基础。人机交互轨迹修改功能允许操作者使用计算机鼠标器对加工轨迹进行拖动修改,从而绕过由实际加工返回CAD模型的步骤,达到了现场快速响应的目的。从防止压痕累积、加工效率两个方面考虑,设计实现了轨迹环起止点匀布算法,为防止材料堆积和形状扭转,对轨迹环进行逆向处理,实现了正逆相间的加工工艺。为了消除底支撑模型的局限性,论文提出了点支撑无模渐进成形的新方法,通过工艺试验验证了点支撑无模渐进成形的工艺可行性,总结了成形缺陷和解决对策,并通过有限元数值模拟,对其成形过程和机理进行了分析研究。
参考文献：
[1]. 基于组件的开放式数控系统软件的体系结构研究[D]. 靳泽宇. 北京工业大学. 2003
[2]. 混联研抛机床开放式数控系统体系结构及其插补算法研究[D]. 韩霜. 吉林大学. 2007
[3]. 数控系统软件可靠性设计与故障分析技术[D]. 谷岩. 吉林大学. 2014
[4]. 基于XScale处理器的嵌入式数控系统软硬件技术研究[D]. 陈蔡涛. 华中科技大学. 2006
[5]. 基于组件技术的开放式数控系统研究与开发[D]. 袁晓明. 江苏大学. 2007
[6]. 开放式数控系统关键技术研究[D]. 游有鹏. 南京航空航天大学. 2001
[7]. 基于COM技术的开放式数控软件原型系统开发[D]. 王延伦. 重庆大学. 2004
[8]. 基于COM组件技术的开放式数控系统设计与研究[D]. 杨天文. 电子科技大学. 2005
[9]. 基于运动控制卡的开放式数控系统设计及应用[D]. 陈铭. 上海交通大学. 2012
[10]. 金属板材数控渐进成形关键技术研究[D]. 毛锋. 华中科技大学. 2005
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