孙芒[1]2007年在《基于ARM-Windows CE的嵌入式数控系统的研究》文中进行了进一步梳理当今嵌入式技术的发展突飞猛进，嵌入式系统在很多产业中得到广泛应用并逐步改变着这些产业。嵌入式技术的发展同样也影响到了数控技术的发展。论文综述了当前开放式数控系统国内外发展现状，并分析了几种主流开放式数控系统体系结构的优缺点，进而提出了利用ARM处理器和Windows CE操作系统开发一个基于ARM-WinCE嵌入式数控系统的原型系统的想法。论文论述了如何构建ARM-WinCE数控系统基于S3C2410开发板的硬件平台和基于Windows CE.Net的软件平台；在ARM微处理器上构建了基于Windows CE的数控操作系统内核，并利用VIVI Boot Loader把定制的映像加载到S3C2410开发板中去。本文重点针对ARM处理器芯片，利用流接口驱动程序结构实现了蓝牙串口驱动程序的开发，实现了ARM-WinCE数控系统中机床控制器和移动控制器的蓝牙通信；研究了如何利用S3C2410处理器的PWM定时器和Windows CE的中断机制进行数控系统的实时控制。
陈月斌[2]2004年在《基于Windows的串行总线数控系统实时控制关键技术研究》文中研究表明本文综合研究了基于Windows实时控制系统的软件开发中关键技术，重点分析了Windows下实时串行通信软件开发的相关技术。最后，对数控系统中若干控制功能进行研究与开发。 第一章：综述数控系统的发展历程、研究现状，介绍当代数控系统发展趋势和主要特征，分析基于PC的开放式CNC系统的体系结构以及主流数控系统软件平台，阐述了开发基于Windows经济型串行总线数控系统的研究意义。最后给出全文研究内容及安排。 第二章：针对Windows平台下数控系统实时多任务控制这一关键问题，研究了Windows环境下软硬件精确定时技术；并在Windows底层驱动程序的特点和工作原理分析基础上，对虚拟设备驱动程序编程开发中关键技术问题进行研究，提出应用程序与VxD共享内存的具体实现方法；此外，还对Windows下多线程技术中同步机制、任务调度算法以及线程调度模型进行深入研究。 第叁章：介绍计算机通信系统的特点、组成、数据传输方式；分析比较了叁种计算机串行通信接口标准(RS-232C、USB和IEEE-1394)的性能特点和应用场合等；最后，对通信协议层次结构中流量控制、差错控制等数据链路层控制技术进行分析研究。 第四章：介绍Win32下串行通信的内部机制及其基本步骤；分析串行通信的编程实现方法及其工作方式：并在对WindowsAPI方式和VxD模式实现串行通信关键技术分析基础上，具体编程开发相应的实时串行通信软件；最后，对影响实时串行通信的相关因素进行实验分析。 第五章：简要介绍基于Windows串行总线数控系统的软硬件结构和组成；在分析Windows下数控系统多任务特点基础上，给出了实现多任务控制的缓冲区技术和基于多线程技术的多任务实时调度方案。最后，对数控系统中若干控制功能进行研究与开发。 第六章：总结全文的研究工作，并对今后开放体系结构CNC系统的发展进行展望。
余顺周[3]2007年在《编译型数控系统及其关键技术的研究》文中提出随着现代制造技术的发展,对数控机床的性能的要求越来越高,作为数控机床核心的数控系统,其性能直接影响着数控机床的性能,因此研究高性能的数控系统具有重要的理论意义和工程应用价值。同时,虽然国产数控系统发展迅速,一些自主创新的数控系统应用在生产中,但与国际知名数控系统相比,仍有很大的差距,特别是高端数控系统,差距更加明显,因此发展具有自主知识产权的数控系统具有很大的现实意义和战略意义。当前数控系统的发展朝着更加开放化、高速高精化、数字化等方向发展,而数控系统应以何种体系结构适应这种变化和发展,如何解决操作系统的实时性与开放性通用性矛盾问题,如何降低实时操作系统的响应精确性(响应延迟不确定性误差)对高速高精度加工的影响,如何提高采样插补频率和响应精确性等问题需要解决,许多的研究也因此而展开。本文通过对现有数控系统结构的分析和研究基础上,提出一种编译型数控系统结构,并对其关键技术进行了研究。数控系统的同步运行方式将数控系统插补周期和伺服控制周期紧密相连,要求数据链路中的各个任务保持同步,具有严格的实时性要求,这限制了数控系统性能的进一步提高。而数控程序异步运行方式将插补运算与伺服控制分开,使二者数据的关联不再那么紧密,使数控的编译运行成为可能。传统数控程序的解释运行方式是建立在数控同步运行基础上的数控程序处理方式,存在很多问题,因此,本文提出了数控程序的编译运行方式工作原理,对编译运行的实现模式进行了研究,提出了采用通用Windows操作系统和实时通讯接口模式的编译运行工作模式,分析了这种模式的关键技术和可行性,提出并分析了编译型数控系统的实现模式、组成结构与体系结构。编译器是编译型数控系统的核心部件之一,本文通过对编译器的功能分析,提出了编译器的工作组成原理,分析和研究了编译器的译码、刀具补偿、加减速控制及插补关键技术,并比较分析了编译型数控系统与传统数控系统的区别与优势。本文利用Windows的组件技术开发了适合于编译型数控系统的编译器,并通过模拟运行实验验证了编译器工作原理的正确性。目标文件的通讯控制是编译型数控系统重要组成部分和编译运行方式可行性的重要保证。本文提出了编译型数控系统通讯控制的工作原理,分析研究了编译型数控系统目标文件传输通讯接口的实现模式、目标码缓冲区存储方式、位置控制等关键技术,并对目标文件缓冲区存储的乒乓式读写控制方法进行了研究。应用PCI接口、FPGA、DSP等技术,本文开发和研制出了编译型数控系统的目标码通讯存储控制卡,通过实验测试了其性能。最后,介绍本文所研制的编译型数控原型系统的硬件结构及软件结构,给出了数控原型系统的性能指标。利用配置有编译型数控原型系统的气囊抛光机床完成了运动控制实验和参数曲线直接插补法验证实验,结果证明了编译型数控系统的工作原理的正确性。
余道洋[4]2005年在《开放式数控系统若干关键技术的研究及应用》文中研究表明数控系统的发展与计算机技术是紧密相连的,当前数控技术的研究主流是在PC机上搭建数控系统,本文以PC机为基础,对开放式CNC系统的体系结构、硬件系统、软件设计及其若干关键技术进行了分析研究。论文的主要内容包括: 1.分析了开放式CNC系统的体系结构。 2.讨论了开放式CNC系统的硬件系统、软件设计。 3.研究了开放式CNC系统软件设计中的若干关键技术:多线程技术在开放式CNC系统中的应用技术,网络数控技术,Windows操作系统的实时控制技术。 4.在开放式CNC系统理论分析基础上,重点总结和研究了具有开放式体系结构的数控弯管机(STAR-03W)的软、硬件系统,数控涂胶机(STAR-04G)的软、硬件系统和基于AutoCAD2000的自动编程系统(STAR-APS-04)。
叶百胜[5]2015年在《基于RTX的开放式数控系统研究》文中提出随着信息技术的快速发展,现代数控机床中的数控系统逐渐向开放式软件发展。开放式数控系统已成为数控技术研究的重要方向。本文研究基于RTX(Real Time Executive)的开放式数控系统,直接通过软件算法来控制计算机的硬件结构,完成数控系统中的强实时任务。研制的开放式数控系统软件,无需专用的运动控制卡,减少了数控系统中的硬件需求,同时更有利于数控系统的移植开发,增强数控系统软件的通用性。本文研究的主要内容及取得成果如下:一.介绍数控系统对强实时性的要求,深入剖析了Windows通用操作系统在强实时性方面的局限性。综合研究分析后,确定了以Windows XP操作系统和Interval Zero的RTX软件来修改和扩展通用操作系统硬件抽象层的基本体系结构,它们作为研制开放式数控系统软件的开发平台。二.RTX开放式数控系统软件中是以VC6.0为集成开发环境,采用功能模块化的方法来建立开放式数控系统的软件体系结构。利用系统软件中多线程来完成数控加工中多任务的处理,再使用Win32或RTSS进程中创建共享内存来进行进程之间的通信,并搭建了以计算机并行端口为控制信号输入输出接口的数控硬件体系结构,完成开放式数控系统软件的基本功能。叁.研究了数控系统中各模块功能的实现算法,采用数据采样法来实现多轴联动的实时插补;针对传统的S型加减速规划后,实时插补连续小线段后会留有残余误差,提出的离散S型加减速控制规划算法解决了这一个问题,同时又针对了传统的连续小线段每段末尾处速度降为零或通过连续两小线段之间的夹角作为运动约束进行转折的过渡策略,研究了利用圆弧衔接连续小线段之间的拐角,并通过连续小线段之间被约束的圆弧求得最优的离散速度值,平滑衔接连续小线段拐角的速度。这样两者结合之后可以使得数控机床在较高速度下获得较高的精度和柔韧性;依据数字积分插补思想研究了数字—脉冲转变方法来实现位置控制。四.对所开发的数控系统软件在建立的数控硬件上进行实验。验证各个模块的功能,再对整个数控系统软件进行完整的加工来验证整个系统的可行性,并对实验结果进行分析。
白海清[6]2007年在《基于PMAC的数控试验台机械系统设计及软件开发》文中研究指明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。
马雄波[7]2007年在《基于PC机的开放式多轴软数控系统关键技术研究与实现》文中研究说明随着上世纪80年代开放式体系结构控制器设计思想的提出,以及计算机技术的快速发展,现代数控系统正向开放式软件化数控方向发展。同时软PLC技术的诞生以及可编程控制器IEC61131-3国际标准的推行,促使利用软件实现数控系统中逻辑控制PLC单元成了开放式数控系统研究的一个重要部分。分析并确定了开放式多轴软件化数控系统软硬件结构的实现方式。基于PC机,采用通用的Windows操作系统及RTX实时扩展以及遵循SERCOS协议的SoftSERCANS通讯卡搭建了开放式数控系统平台。该平台能实现控制器与驱动器及I/O设备间的高速串行通讯,实现软硬件的无关性以提高系统的开放性,整个系统成为运行在PC机上的一个应用软件。为了获得用户需要的开放式数控系统,本文在确立系统接口的基础上,还使用了一系列技术来实现系统的开放性:参考OMAC API协议、采用有限状态机模型以及应用SERCOS技术。系统功能采用面向对象的C++语言,在Windows操作系统和Visual C++的开发环境下,采用模块化方法开发而成。NC代码解释器采用编译方式译码,将代码信息翻译成可供插补模块执行的运动点坐标、速度以及PLC开关量等,翻译好的每一段代码信息作为一个节点放到一个双端队列里去。然后通过共享内存传递给插补模块以控制机床运动。本解释器实现了C型平面刀具补偿,并实现了固定循环指令、平面选择、坐标系选择、旋转、缩放、镜像、子程序调用等功能。丰富了指令系统,使之基本达到了普通数控系统水平。参照国际标准IEC61131-3,开发了一套完整的软PLC系统,该系统由编程开发系统和运行系统两部分组成。首先分析并确定了软PLC编程开发系统的功能和实现方法。编程开发系统划分为编辑模块和编译模块。编辑模块实现了梯形图编辑器和指令表编辑器,以及由梯形图到指令表的转换功能。编译模块由词法分析,语法分析,语义分析和目标代码生成四个部分组成,结合VC++及Lex和Yacc编译软件,开发而成,其输入代码为指令表语言,所生成的目标代码为能够在PLC运行系统上运行的C/C++语言代码或二进制代码。为开放式数控系统建立的软PLC多任务运行系统采用面向对象技术及模块化的思想构造而成,多任务机制使得系统能充分地实现PLC的各项功能;良好的多任务系统调度机制及数据封装技术和模块化等手段让系统协调、可靠地工作。实时插补功能是数控系统的核心,在复杂曲线直接插补方面,本文在数控系统中实现了一种自定义格式的双NURBS样条插补方法。不同于传统的线性插补和3轴NURBS样条插补,运用本文的样条曲线插补方法可以进行“曲线”级的5轴联动的复杂曲面加工。本文成功构建了一套功能较为完善的开放式软件化多轴联动数控系统。进行的相关实验验证了其功能。
许云理[8]2006年在《基于Windows2000的开放式数控系统研究》文中研究说明开放式数控系统逐渐成为当今数控系统发展的主流。开放式数控系统研究的目地是开发一种模块化的、可重构的、可扩充的控制系统的结构,以增强数控系统的柔性,在体系结构上给用户二次开发留有更多的余地,从而可以快速地响应新的加工需求。数控系统的产生和发展与计算机技术的发展是紧密相连的,当前数控技术研究的热点之一就是在PC机操作系统上构建在硬件和软件上都具有良好的开放性的数控系统。WINDOWS操作系统是PC机上的主流操作系统,它具有开放性、易操作性、集成开发环境的多样性,所以开发基于WINDOWS平台的数控系统已是必然趋势。该课题的目的是开发一套以PCI-1240U运动控制器为核心,工业PC机为系统支撑,运行在Windows平台下的开放式数控系统,包括硬件和软件两大部分。硬件结构利用工业PC机作为主体,智能运动控制卡插在其PCI标准插槽上,通过PC内部总线实现数据的交换和控制。外接步进电机驱动模块、主轴变频调速模块、I/O模块等构成硬件总体结构。软件开发的是一个基于Windows操作系统的应用软件,采用Visual C++作为开发工具。该软件的主要功能是实现数控加工过程的计算机控制及友好的人机界面。由于该系统是以Windows 2000作为运行平台,界面仿真SINUMERIK 802 S数控系统的操作面板,具有良好的人机界面和简便的操作性能。
杨献金[9]2010年在《基于Windows操作系统的开放式数控系统研究》文中提出现代机械制造工业对数控系统提出了更高的要求,设计和开发一种可根据用户需求,迅速建立一个开放式的原型数控系统,适应市场对产品多样化的需求,成为数控系统的发展方向。Windows操作系统具有多任务操作特性,支持多线程,可实现数控系统实时多任务控制,因此在Windows操作系统平台下研发开放式数控系统是一个重要发展方向。本文完成的主要研究工作如下:1.在全面分析开放式数控系统的发展趋势以及传统数控系统存在的不足的基础上,提出了基于Windows操作系统平台,采用IPC机+运动控制卡模式和主从式结构对开放式数控系统进行了研究和开发。其中以GT-400-SV运动控制卡作为数控系统下位机的核心,构成多轴运动实时控制单元;以IPC机作为上位机进行非实时性任务的处理。通过总线通讯和双端口RAM通讯方式,以及制定的上下位机数据传送通讯协议,保障了上下位机的实时数据通讯,实现了直线和圆弧插补,运动加减速控制等实时运动控制内容。在需求分析的基础上,以IPC为硬件基础,根据数控系统功能设计了系统层次结构模型,给出了系统的拓扑结构和系统开放性的实现方法,进行了系统硬件和软件的总体设计。2.在硬件体系结构上,采用模块化方法搭建和扩展硬件系统。选择IBM-PC总线作为功能模块连接的总线标准,选择具有多个EISA插槽的母板构成硬件连接底板,插接符合标准要求的微型计算机板(上位机)和运动控制卡(下位机),搭建了基本的数控系统构架。用户能够通过插接符合IBM-PC总线标准的功能板块扩展数控系统的硬件,组成满足自己要求的系统,实现了硬件的开放性。3.在软件体系结构上,上位机运行主流的Windows操作系统,下位机运行μc/OS嵌入式计算机实时操作系统。将数控系统的软件功能,根据时间紧迫要求,划分为强实时性任务、弱实时性任务和非实时性任务;根据对硬件I/O的操作要求,划分为操作类和非操作类。将实时性强的和I/O操作的功能主要安排给运动控制器执行。对各功能进行分类封装,建立了通用类库。定义了应用程序编程接口(API),通过该接口能把用户专用软件模块扩展到系统中,使系统达到了一定的开放性。4.针对数控系统多任务控制这一特点,对Windows平台下的多线程技术、任务调度策略以及进程间的通讯进行了深入的分析。进而根据数控系统的功能特点,把系统任务分为系统总控进程、人机界面进程、轨迹规划进程和运动控制进程,各进程又划分功能相对独立的子线程,通过设定线程的优先级,利用多线程调度策略和中断机制技术,实现了对数控系统弱实时任务的控制,利用下位机实现了对数控系统强实时任务的控制。系统采用消息、共享内存和命名管道叁种通讯机制,实现了进程间的通讯,保障了各功能模块协同完成加工任务。5.在数控系统软件开发上,以VC++为开发工具,以面向对象的模块化方法设计了人机交互界面软件模块、加工程序预处理模块、译码模块和插补模块,实现了上位机对数控加工代码的编译、系统参数设定和刀具补偿等功能;开发了运动控制功能模块,实现了数控系统的回参考点、点动控制、增量控制、运动加减速控制、主轴控制、进给量调整等基本功能。调试结果表明,采用运动控制卡+IPC机模式,以运动控制卡为系统实时运动控制的核心构建和设计的数控系统,软件系统人机界面友好,组件维护方便,实现了多种运动控制功能,使系统具有一定的开放性。
李丁[10]2008年在《基于ServoWorks的雕铣机数控系统软件研究与开发》文中研究指明随着现代加工制造业的发展,既可做精细雕刻,又能做切割、镂铣的雕铣机得到了较大的发展。它不仅具有高效率的铣削加工能力,同时具有高表面质量的精细雕刻功能,使高效率和良好表面加工质量得以有机统一,广泛应用于各种模具制作和其它金属、非金属零件的叁维加工、艺术浮雕和精密钻孔等。虽然国外数控雕铣机产品早已发展的比较成熟,但在国内数控雕铣机从最近的一两年才有较大的发展。开放式数控系统结构满足了用户对数控系统更具柔性、灵活性和通用性的要求,是现代数控系统的发展方向。ServoWorks是SoftServo公司推出的基于计算机平台的真正开放的全软件运动控制产品,是软件型运动控制器的典型产品。软件型运动控制器的CNC软件全部装在计算机中,其多任务实时软件结构使得它们能代替运动控制卡完成实时性要求很高的伺服控制任务。整个CNC硬件仅是计算机加上伺服驱动和外部I/O之间的标准通用接口,硬件结构简单,系统通用性和开放性好。用户可以在Windows平台上,开发自己所需的数控系统。本课题的目标是在已有的ServoWorks的基础上,在Windows平台上,利用ServoWorks提供的工具和API进行雕铣机数控系统软件开发,并将雕铣机数控系统移植到Windows XP Embedded平台上。本文第一章介绍了雕铣机的特点,雕铣机的现状以及发展趋势,并概述了课题的主要研究内容。第二章介绍了雕铣机的控制原理,简述了数控系统的发展概况、发展趋势,以及数控系统的控制结构。第叁章介绍了开放式数控系统和ServoWorks,对雕铣机数控系统软件的功能进行分析并实现。第四章介绍了Windows XP Embedded操作系统的特点,Windows XP Embedded操作系统的裁剪过程,并进行了数控系统软件的平台移植。
参考文献：
[1]. 基于ARM-Windows CE的嵌入式数控系统的研究[D]. 孙芒. 合肥工业大学. 2007
[2]. 基于Windows的串行总线数控系统实时控制关键技术研究[D]. 陈月斌. 浙江大学. 2004
[3]. 编译型数控系统及其关键技术的研究[D]. 余顺周. 哈尔滨工业大学. 2007
[4]. 开放式数控系统若干关键技术的研究及应用[D]. 余道洋. 合肥工业大学. 2005
[5]. 基于RTX的开放式数控系统研究[D]. 叶百胜. 上海工程技术大学. 2015
[6]. 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
[7]. 基于PC机的开放式多轴软数控系统关键技术研究与实现[D]. 马雄波. 哈尔滨工业大学. 2007
[8]. 基于Windows2000的开放式数控系统研究[D]. 许云理. 中国石油大学. 2006
[9]. 基于Windows操作系统的开放式数控系统研究[D]. 杨献金. 河南科技大学. 2010
[10]. 基于ServoWorks的雕铣机数控系统软件研究与开发[D]. 李丁. 中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所）. 2008
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