张书诚[1]2008年在《基于PC的开放式数控系统研究》文中提出开放式数控系统建立在一个开放的平台上,实现开放性、互换性、可移植性和扩展性,具有模块化的结构,允许用户根据需要进行选配、集成和更改或扩展系统的功能,迅速适应不同的应用要求。国际上开放式数控系统研究的相继开展日益引起国内数控界的重视。但目前国内关于开放式数控系统的应用研究尚处于探索阶段。本文围绕着开放式数控系统设计中的相关技术,从开放式的体系结构、系统硬件的开放化设计、系统软件的建模与开发等方面进行了系统的分析,并结合单位实训教学需要进行了开放式数控系统的应用性开发探索,全文主要研究工作如下:(1)在分析探讨现代数控系统发展和开放式数控系统功能特性要求的基础上,结合数控系统设计,给出了开放式数控系统的规划。(2)在硬件结构上,以通用的PC机作为平台,结合运动控制卡良好的控制性能,配以步进电机及其驱动器,组成通用CNC控制系统的配置。采用成熟的PC机和NC硬件来组成控制系统,并遵循开放的标准总线PCI定义,使得构成的系统硬件体系结构具有开放性、模块化、经济性、可嵌入的特点,系统可靠性与运行精度有保障,非常适合于组成中小规模的数控系统。(3)结合硬件配置,进行了开放式数控系统的软件体系结构和开发方法的研究。在软件结构上,基于面向对象的思想,采用中断机制的控制策略与模块化的设计方法,系统的各功能的控制实现分别放置在相对独立的模块中,任意软件功能变化都不会影响到其他模块的运作,通过提供各个模块的相应接口,使之能适应不同用户的要求及应用于不同类型的数控机床上。(4)设计了一个基于PC的开放式数控系统,采用基于PC机+运动控制卡,运行在Windows NT平台上。数控系统的软件编制采用分层、模块化的设计思想,用户界面友好,操作方便,能够容易地进行二次开发、追加最终用户的个性化功能和支持第叁方软件。此外,该系统还拥有良好的网络通信功能。目前已使用该系统取代CAK6140VA车床原有的数控系统,可在单机和基于DCOM技术设计的局域网络制造与视频监控系统下运行,用于高职学生的实训教学取得了较好的效果。
罗辉[2]2016年在《开放式数控系统运动控制方法研究》文中研究说明开放式运动控制技术是开放式数控控制系统的核心技术之一。本论文的主要内容是基于“PC机+运动控制器”的开放式控制器的模式而展开的。以LabVIEW为开发工具、Galil DMC为下位控制器开发了开放式叁轴运动实验平台。其中PC机负责管理系统的弱实时性的任务,实现程序的编辑和图形和坐标的显示。Galil DMC运动控制卡负责运动控制,提供运动脉冲控制并进行加工状态的实时监控。其具体的设计包括硬件设计和软件设计两部分,硬件部分采用了叁层结构,最高层为PC机,作为人机交互的终端;中层为运动控制卡,负责上位机与底层执行机构的连接通信;底层是由伺服驱动器、伺服电机、变频器、主轴电机、滚珠丝杠等组成的执行机构。软件部分主要定义了开放式数控系统中的各个功能模块和加工运行过程的工作状态,并设计了控制系统的控制系统软件结构和状态转换程序框图;为了实现对软件资源的协调合理分配,提高了系统的实时动态响应性,引入了多任务实时分配的线程机制,通过不同优先级的模块对应不同的线程优先级,提高系统的实时响应性,最后分析设计了加工过程中的信息流程图。在位置伺服运动控制方法的研究上,详细分析了常规的PID位置伺服运动控制方法的特点,提出了一种响应速度快、精确性高和稳定性强的CMAC神经网络优化的PID控制方法,通过CMAC+PID的控制方法能在被控对象的参数改变或者外部环境变化时,在线实时自动的调整KP、KI、KD控制参数。在脉冲进给系统的运动平稳性控制方法的研究上,从时域和频域分析了影响运动平稳性原因,提出了寻找最优插补周期的方法来实现对传统数控脉冲进给系统的平稳运动控制;并从改变插补周期的角度提出了自适应随机周期的插补控制方法,为消除大插补周期情况下的周期性频率迭加问题提供了全新途径,由此提高了脉冲进给系统的运动平稳性。在开放式数控系统的上位机控制方法的研究上,以Lab VIEW作为上位机控制界面的开发工具,通过调用运动控制卡的ActiveX控件,设计了开放式数控系统的操作界面。通过在界面中输入加工程序能够实现简单的直线、圆弧插补运动。并成功地在开放式数控系统运动平台上完成了铣外圆的加工实验。
任力强[3]2008年在《大口径光学曲面精密加工系统研制》文中研究指明随着天文学、空间探测技术、先进光学仪器的发展,大口径非球面光学元件已成为起支撑作用的关键部件之一,并且其对非球面元件的口径要求越来越大,精度要求也越来越高。但由于非球面的复杂结构特性,常规的方法已经不能满足其高精度、高效率的加工要求。现在,美国、英国、德国、日本等先进工业国家都已经有了比较成熟的加工方法、工艺及设备。国内自从上世纪80年代开始进行大口径超精密加工设备研制以来,也取得了相当大的进展,但其精度等工艺参数无法和国外设备媲美,同时仍旧不能满足现阶段非球面加工的需要。而且所研制的大部分设备,其加工和检测都是分离的,这样更加容易造成装配、加工误差,不能满足精度要求。因此,针对大口径光学曲面的特点研制高精度,高效率的复合加工设备,成为亟待解决的问题。本文针对大口径光学曲面加工特点,介绍了集一种研磨抛光于一体的光学曲面复合加工机床的设计过程及结果。其主要内容有:(1)给出了系统的总体设计、关键结构设计、坐标定位函数。特别提出了一种在机同工位全孔径面形检测方法及其实现装置。通过改进的龙门式机床布局,以及工件翻转机构,使被加工件翻转一定角度后实现全口径检测。(2)阐述了机床控制理论基础,针对本机床,选择基于PC的控制方法。通过交流伺服电机,超精密滚珠轴承,滑辊以及多轴控制技术,实现了系统的五轴精密定位。同时结合系统机械结构,保证了这个加工系统的精磨加工精度在15μm以内。(3)基于机床本身的特性,有限元法的基本原理和方法,采用有限元分析软件ANSYS对机床关键部件进行有限元分析。进行结构静力、动态特性、检测姿态稳定性分析,得到机床的精度特性并提出改进方法。(4)根据CCOS原理,确定系统在特定工具头、特定运动方式下的材料去除模型,和工件的虚拟加工效果。为实际的研磨抛光提供理论最优参数。
何勇[4]2005年在《基于PC/104的嵌入式运动控制系统的研究》文中研究说明制造业是一个国家工业的基础,而制造技术又是制造业的技术支柱,制造业水平的高低是衡量一个国家工业发达程度的重要标志。以传统机电工业为代表的制造业,正经历着深刻的变革。在这场革命中,大力发展先进的制造技术已成为各国最重要的几大技术战略之一,先进制造技术已经是国际竞争与产品革新的一种重要手段。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,是先进制造技术的基础,是发展新兴高新技术产业和尖端工业的最基本的装备,是制造业现代化的重要基础,这个基础牢固与否将直接影响到国家的经济发展和综合国力,关系到国家的战略地位。 运动控制器是以中央逻辑单元为核心,以传感器为信号敏感元件,以电机/动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置。对于数控系统来说,最重要的是控制各个电机轴的运动,这是运动控制器接收并依照数控装置的指令来控制各个电机轴运动从而实现数控加工的,数据加工中的定位控制精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制器直接相关。目前对数控系统的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上,而其核心部分就是对步进、伺服电机进行控制的运动控制卡的研究。对PC-NC来说,运动控制卡的性能很大程度上决定了整个数控系统的性能,而微电子和数字信号处理技术的发展及其应用,使运动控制卡的性能得到了不断改进,集成度和可靠性大大提高。 本课题通过对运动控制技术的深入研究,并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状,结合当前嵌入式领域的具体需要,紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势,吸收了数控技术和相关运动控制技术的最新成果,提出了基于
白海清[5]2007年在《基于PMAC的数控试验台机械系统设计及软件开发》文中认为本论文课题是陕西省数控加工技术重点实验室科研项目,利用工控机和运动控制器对X、Y、Z、A、B五个坐标进行控制,采用位移检测装置对数控装置执行件的位移进行检测的开放式数控技术试验台,目的是为使研究者和实验者充分了解和掌握数控环节及数控过程和运动控制卡的控制特性搭建的一试验平台。本文通过对国内外开放式数控系统的研究,分析比较了几种开放式数控系统的开放途径和体系结构,最终确定采用“PC机+可编程运动控制器”的方式来构造该数控试验工作台。本设计把PMAC运动控制卡及其扩展卡放入控制箱,通过上位机——工业控制机(IPC)标准串口通讯,再配上交流伺服电机和步进电机、伺服驱动器、编码器和直线光栅尺等,构成一个模块化的数控系统。在对试验平台机械结构进行设计的过程中,主要对滚珠丝杠螺母副、滚动直线导轨副和蜗轮蜗杆式转台进行了计算、校核和选用,确保了机械传动部件的精度和刚度,使之满足系统的要求;通过计算,选择了电气驱动部件,包括交流伺服电机和步进电机及其伺服驱动器、编码器和直线光栅尺;基于Windows操作系统,利用Visual Basic建立了控制软件界面,应用PMAC的G代码解释程序、M代码解释程序和T代码解释程序编写了试验台的运动程序,实现了工作台的加、减速等控制和直线、圆弧等动作。通过对该试验台的调试和检测,试验台的性能指标达到了设计要求。
李东军[6]2008年在《基于固高GE300的开放式数控雕铣系统的研究与开发》文中提出开放式数控系统是二十世纪九十年代出现的一种先进的计算机数控体系结构,具有扩展性好、开发和维护方便、运行稳定性高、能灵活适应不同需要等特点,是未来数控技术的主要发展趋势。随着现代计算机技术、微电子技术和现代控制技术的不断发展,开放式数控系统如何有效地利用这些先进的技术,多快好省地进行控制系统的开发就显得十分的必要。本课题充分利用计算机软、硬件技术、PLC技术、数字信号处理器技术,实现了用于开放式叁自由度数控雕铣机的计算机控制系统。该系统采用固高科技(深圳)有限公司的GE300SV多轴运动控制卡,组成了以通用PC机为上位机、板载DSP的运动控制卡为下位机的主从式开放数控系统。被控对象是一个直角坐标、叁轴雕铣机平台,由叁套伺服电机及其驱动器、精密光栅尺和限位开关等构成全闭环伺服系统。雕刻加工是一种传统的手工工艺,在工艺品、广告、建筑装饰装潢等行业有着悠久的历史。随着计算机数控(CNC)技术及相关技术(CAD/CAN/CAPP等)的发展,这种传统的手工加工方法正逐步被数控加工方法所替代。北方工业大学工程训练中心机电液一体化实验室研制的这套雕铣机将可以满足各种文字、图像的二维和叁维型面雕刻,大大提高了生产效率。数控雕铣系统是集成CAD/CAM技术、图像处理技术、高速铣削技术、计算机数控技术、精密机构设计和制造技术、电机驱动技术和精密高速主轴电机技术为一体发展起来的高新技术设备。研究和开发数控雕铣机系统是本文的主要目的。本文对我们研制的基于PC+GE300SV运动控制卡构成的开放式数控雕铣机系统从软、硬件两方面进行了较为详细的阐述,重点介绍了雕铣机系统的硬件体系结构、数控系统软件的模块化设计以及上位人机界面Windows XP环境下的开发过程。最后作者还对以上研制的雕铣机系统进行了一些实验验证,来检验机床加工的成品表面质量和效率是否达到设计要求,经过实际工程测试,基本达到了设计目标。
谢万德[7]2002年在《基于DSP的多轴运动控制器的研究》文中研究表明传统的数控系统体系结构是一种封闭式的结构，这种结构既不能适应制造业市场的变化与竞争，也不能满足现代制造业向信息化和敏捷制造模式发展的需要。因此，数控系统体系结构走向开放化已成为必然趋势。运动控制器是数控系统中极为重要的组成部分，开放式数控系统将导致新一代运动控制器的出现。本文在开放式数控系统的基础上，主要对运动控制器进行了研究，并针对基于DSP的步进电机运动控制器进行了设计。 第一章绪论，对数控系统的发展、现状及开放式数控系统体系结构进行分析，并讨论运动控制器在数控系统中的地位及运动控制器的研究现状。 第二章对运动控制器的原理和结构做了分析。研讨了步进电机运动控制器和伺服电机运动控制器的原理及其控制系统的构成，并分析了数控机床的伺服控制系统。 第叁章分析了运动控制器的关键技术，着重分析了总线技术、微电子技术和控制理论与伺服控制算法及其在运动控制器中的应用。 第四章集中对DSP的结构特点及DSP在运动控制中的运用进行了研讨，分析了DSP作为运动控制器核心处理器的必要性和优越性。 第五章结合计算机数控雕刻机的研制，针对基于DSP的叁轴步进电机运动控制器进行了设计，并详细讨论了其实现方法。 第六章对计算机数控雕刻机系统进行了分析，着重介绍了基于DSP的运动控制器在数控雕刻机中的应用，并进行了运动控制程序的实现。 最后，作者对本文的研究内容进行了总结，并对运动控制器的发展作了展望。
邓飞跃[8]2010年在《基于GM-400运动控制卡的开放式数控系统研究》文中研究指明开放式数控系统是数控技术领域一个热门的研究方向,具有人机界面友好、开放度高、通用性好等特点。本文主要对PC+运动控制板结构的开放式数控系统进行了研究,使用Visual C++编程语言,构建了一套基于GM-400运动控制卡的开放式车铣床数控系统,并将这套数控系统成功应用于一台用车床改装的车铣床上。论文首先论述了开放式数控系统的产生、发展过程、与传统数控系统相比的优势、发展现状及典型结构。介绍了典型车铣的加工方法,分别详述了轴向车铣、正交车铣和一般车铣加工的运动特点。介绍了车铣数控系统的硬件结构,并根据人机操作界面中各个模块的功能对车铣床数控系统的软件设计方案进行了详细阐述。其次,对数控系统实时性的实现方法进行了深入的研究,本论文借助一个精确定时的测试程序,详细对比分析了SetTimer()、GetTickCount()和timeGettime()叁个定时函数精确定时的误差值及误差波动幅度,并根据分析的结果,研究了一种定时时间函数误差值的修正方法。再次,针对GM-400运动控制卡不具备插补功能的不足,设计并实现了扩展DDA直线和圆弧插补功能,根据车铣床坐标轴的布局和加工进给的实际情况,编写了直线和圆弧插补程序,完成了直线和圆弧插补功能的开发。最后,在模拟实验平台上成功的测试了该数控系统,在此基础上,通过连接一台由普通车床改造成的车铣床,构建了一台较完整的数控车铣床,成功的进行的加工试验,得出了符合要求的工件形状,证明了该数控系统的可行性。
尚文端[9]2011年在《木工双摆头装置的开放式控制系统的试验研究与开发》文中认为随着装备制造业的进一步发展,五轴联动加工技术是未来一段时间数控机床的主要发展方向,双摆角铣头在五轴数控机床中是第一关键部件。随着国内木材加工中对复杂曲面的加工需求越来越广泛,木工数控机床正朝着高速度、高精度、五轴控制的方向发展,针对木工机床的双摆角铣头在这方面研究才刚刚开始,可供参考的经验极度缺乏。多轴联动机床离不开数控系统的支持,传统数控系统已不能适应当今装备制造业市场的变化与竞争,也不能满足现代装备制造业向信息化、敏捷模式发展的需要。因此,随着PC技术的快速发展和广泛普及,开放式数控系统技术开始发展,开放式数控系统不依赖特定的硬件平台和操作系统平台,采用模块化和标准化的结构体系,允许用户进行二次开发,是数控技术的研究热点和发展方向。本论文旨在基于开放式数控系统的结构和原理开发双摆角铣头试验平台的控制系统,进行双摆角铣头的性能测试和功能试验,为双摆角铣头的研制开发提供直接的设计数据。通过对双摆角铣头试验平台的控制系统进行开发,对机床数控的基础功能模块,进行开发验证。根据开放式数控系统的模式,对PC机+独立运动控制器的方式,进行实际的开发验证。通过试验平台的搭建,对各部分经行统一调试,积累双摆角铣头和开放式数控系统设计开发经验,为以后进一步改进积累经验和数据,构建了双摆角铣头试验平台的硬件系统,完成了系统软件的总体构成框架,划分了构成开发模型的各个功能模块,确定了各模块的主要功能和接口形式,并在Visual C++6.0环境下开发了双摆角铣头试验平台的专用数控功能模块,能够在今后类似项目的开发中得到继承和应用。设计了友好的人机交互界面,规划和开发了系统的菜单管理、数据流管理、状态诊断、数据通信等管理层模块。对双摆角系统试验平台开放式数控系统的实时性保证,抗干扰进行了研究,并结合本课题实际进行了讨论,为今后类似项目的开发提供了借鉴。
粟明[10]2015年在《基于PC的开放式数控系统应用平台库的研究与应用》文中认为工业装备研发过程分为机械、控制和电气3个部分,机械设计凭借着优秀的研发平台Solideworks等可快速设计出结构,电气同样有大量成熟易用的EDA/CAD软件帮助迅速开发,但在控制系统的设计过程中缺少集成的可视化开发环境,导致开发效率低、可重构性低。随着基于PC的开放式控制系统的大量应用,系统的复杂度越来越高、开发周期要求越来越短,开发简单易用的可视化数控系统集成开发环境已迫在眉睫。本论文以开发一套性能优秀、模块化和高复用性的数控系统应用平台的库(Auto CSD-Auto Control System Design)为研究目标,对自动化设备控制系统开发过程、特征、技术要点等进行了研究。在基于PC-CNC的开放式控制体系上,实现对控制软件相关的建模和平台库的开发,为可视化集成开发环境奠定技术基础。论文主要工作如下:第一,分析了Auto CSD库的目标与功能,对平台库的框架进行了设计,对各个子模块进行了描述,定义了相关的类。研究了自动化设备控制软件的开发过程,定义了应用平台库的开发规则和开发步骤。第二,完成了应用平台库的运动逻辑调度器的内核设计,实现控制软件将逻辑调度和控制器硬件相结合,并对多种控制器兼容,实现互换性。设计和开发了逻辑调度器的通用点位运动接口,包括单轴运动模块和多轴运动模块等,将面向过程的逻辑进一步抽象化,提出了面向对象的逻辑设计方法,各逻辑对象通过装配形成设备的大逻辑。同时,并完成了动作时间监测、报警接口、平面位置算法及其索引类等设计。第叁,对自动化设备的视觉处理过程进行了分析和研究,解决了视觉和运动的融合问题,设计了机器视觉系统平台,该平台和运动逻辑调度平台组成了Auto CSD的核心框架,提出了设备主动视觉的自标定方法和基于模板匹配的多目标识别等常用图像算法。第四,对设备的数据处理过程及相关技术进行了研究,建立了自动化设备的数据处理模型。对人机界面操作数据、调度运动过程和图像处理的方法进行了研究,实现了组件化调度数据、运动和视觉,耦合性低。第五,在全自动高速高精固晶机的控制系统上进行了应用和测试,结果表明,Auto CSD平台的性能和功能良好,能满足基于PC的复杂控制系统设计,可显着提高开发效率、软件复用性高,具有良好的应用前景。
参考文献：
[1]. 基于PC的开放式数控系统研究[D]. 张书诚. 合肥工业大学. 2008
[2]. 开放式数控系统运动控制方法研究[D]. 罗辉. 上海工程技术大学. 2016
[3]. 大口径光学曲面精密加工系统研制[D]. 任力强. 北京理工大学. 2008
[4]. 基于PC/104的嵌入式运动控制系统的研究[D]. 何勇. 四川大学. 2005
[5]. 基于PMAC的数控试验台机械系统设计及软件开发[D]. 白海清. 西安理工大学. 2007
[6]. 基于固高GE300的开放式数控雕铣系统的研究与开发[D]. 李东军. 北方工业大学. 2008
[7]. 基于DSP的多轴运动控制器的研究[D]. 谢万德. 浙江大学. 2002
[8]. 基于GM-400运动控制卡的开放式数控系统研究[D]. 邓飞跃. 燕山大学. 2010
[9]. 木工双摆头装置的开放式控制系统的试验研究与开发[D]. 尚文端. 中国林业科学研究院. 2011
[10]. 基于PC的开放式数控系统应用平台库的研究与应用[D]. 粟明. 华南理工大学. 2015
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