梁宏斌, 王永章[1]2003年在《基于Windows的开放式数控系统实时问题研究》文中提出开放式数控系统必须使用标准PC硬件,并采用主流操作系统。Windows是目前PC机的主流操作系统,实现基于Windows的实时控制是提高数控系统开放性的关键。论述了数控系统的开放性和实时性对操作系统的具体要求,阐明了标准WindowsNT/2000的调度策略,并分析了其实时性的不足,最后以VenturCom公司的RTX5.1软件为例,介绍了WindowsNT/2000实时扩展技术。
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》文中指出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。 第三章：介绍计算机通信系统的特点、组成、数据传输方式；分析比较了三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。
杨来[3]2004年在《基于Web的数控系统远程支持技术的研究》文中进行了进一步梳理网络技术目前已逐步成为现代信息技术的主流，网络的概念也随着Internet技术的应用和发展而渐入到社会的各个行业和领域，而在制造业中的表现尤为突出。过去常用的Client／Server(C／S)体系结构，如今已经越来越呈现出它的缺陷与不足。Web技术的出现及发展，迅速地促进了企业基于Web的应用和发展。数控技术是集成制造科学、计算机科学、自动控制理论和监控技术等多学科的综合技术。作为先进生产模式的重要支撑技术，如何能够把数控技术同Web技术结合起来，开展基于Web的远程数控服务对于企业来说具有重要的现实意义。 本文重点研究了基于Web的数控系统远程支持的关键技术，主要内容包括：1)对于Web数控系统远程支持的实现关键技术进行了研究，提出了采用ASP、ActiveX等技术实现的三层浏览器／服务器结构模型。2)利用HTML及VBScript语言开发出网络数控服务的平台，并实现了相应的功能模块。3)在Windows操作系统和ⅡS平台上，利用ASP、ADO、SQL实现了数控加工工艺参数的远程查询服务功能。4)利用VBScript及ActiveX等技术实现了数控加工程序的在线编辑及检查服务。5)讨论了数控加工的三维动画仿真，并利用VRML虚拟现实语言及Java接口实现了在Web下刀具的仿真加工运动。 在上述关键技术研究的基础上，本文开发出了数控系统远程支持的Web平台，该系统已经在局域网内发布验证，用户可以通过Web浏览器进行数控加工工艺参数的查询，并且可以编辑数控程序并进行在线检查。该平台还具备一般网络服务如在线交流等功能。这些应用证明了本文提出的方法是切实可行的，为下一步进行更深入地研究积累了经验。
张书诚[4]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三方软件。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。
姜晓林[5]2006年在《现场总线在柔性制造系统和网络数控中的应用研究》文中研究表明随着计算机、网络、通讯等技术的发展,信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备到中央控制、管理的各个层次。信息技术的飞速发展引起了自动化系统结构的变革,逐步形成了以网络集成自动化为基础的企业信息系统。现场总线就是顺应这种趋势发展起来的新技术,现场总线以其开放、数字化、分布式等技术特点代表了未来工业自动化的发展方向,论文重点研究了现场总线技术在设备层自动化系统中的应用,主要讨论了以下两部分内容: 1、论文首先介绍了现场总线的概念及其技术内容,接着以柔性制造系统(FMS)的控制管理系统为研究对象,在分析比较目前流行的几种现场总线后,重点讨论了PROFIBUS现场总线的技术特点和系统模型,提出了新型的基于PROFIBUS-DP现场总线和以太网双重网络结构的柔性制造系统控制方案,并实现了基于以太网的数控程序传输功能。 2、论文从柔性制造系统的角度深入探讨了开放式网络数控的概念和技术内容,并对开放式网络数控的信息集成要求进行了深入分析,以高度开放的PC机和通用操作系统Windows NT+RTX为平台,利用成熟的现场总线技术,建立了一种全软件型的、具有高度开放性的开放式网络数控平台,并研究了实现这种平台的一些关键技术。
张宏杰[6]2004年在《基于PC的开放式数控系统的实现》文中研究说明随着数控加工技术的发展和复杂曲面零件的广泛应用，数控系统被广泛应用于机械、电子、计算机、自动控制、检测等各个领域，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、可扩充的控制系统机构，以增强数控系统的功能柔性，能够快速而经济地响应新的加工需求。 国际上开放式数控系统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初步探索阶段，相关研究往往仅限于局部，缺乏系统的研究。本文围绕着开放式CNC(Computer Numerical Control)系统设计中的若干关键技术，从体系结构分析、系统硬件结构地开放化设计、驱动程序的开发以及运动控制中插补技术等方面进行了研究。全文主要研究工作和成果如下： 从概念设计的角度，系统研究了基于PC(Personal Computer)的开放式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发的途径。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CNC系统的软、硬件结构构造和详细设计提出了一个总体参考模型。 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计原则：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和PCI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总线的模块化体系结构以及各功能模块。 采用先进的PCI总线技术，实现了与PC机系统的开放式连接，开发基于Windows2000的WDM(Windows Driver Model)驱动程序。 对开放式CNC系统曲线插补技术进行了研究。
叶志坚[7]2009年在《基于PMAC的五轴数控弯丝机系统的研发》文中指出在五金制造行业中,金属线材成形的传统加工一般是靠人力操作专门的模具,这种生产方式劳动强度大、自动化程度低、效率低而且工件加工精度不高。另外,如果产品的品种较多,这种方式要经常更换模具,难以满足即时制造的要求。数控弯丝机正是为了满足多品种高精度的加工,利用数控技术和可换位模具,高效高质量地实现线材制品的自动加工装备。本文的研究工作主要包含以下三方面的内容:第一、在机械方面,根据金属线材的成形特点,给出了整台机器的机械结构模块和运动过程,并进行了线材成形施力点分析;针对施力点的变化确定了机床轴数和联动轴数,并确定了每个轴所需要的电机及相应的减速机型号。第二、在系统软件方面,首先在下位机编写了零件加工的运动程序和用于逻辑控制的PLC程序。在上位机编写了人机交互程序,包括参数设置、参数显示、数控指令格式、加工文件读取和误差补偿模块。第三、在系统硬件方面,采用高性能伺服控制器PMAC作为控制核心,结合工控机和伺服电机,构建了系统的硬件控制平台。本课题的意义和创新之处在于其提出了一种完全不同于传统的线材加工方法,这种方法大大提高了线材加工的效率和精度。而本文所开发的应用软件人机交互界面友好、操作简单、功能齐全,大大提高了线材加工工艺效率,缩短了产品的上市时间,增强了制造柔性。
陈亚亚[8]2005年在《基于Linux的数控虚拟机的研究与开发》文中进行了进一步梳理数控系统的产生与发展一直都与计算机技术密切相关,如何提供基于PC 机操作系统的开放式体系结构的CNC 系统,使CNC 系统在软件和硬件上都具有良好的开放性是当前CNC 系统的研究重点之一。Linux 操作系统具有真正的多任务、源代码全开放、极强的稳定性、优秀的内存管理以及强大的网络功能等特性,使其适合用作工业控制软件平台。本文的内容是建立在对基于Linux 的数控系统的研究和实践的基础之上完成的。在原有的传统数控系统基础之上,参照当前数控技术的研究成果,以提高系统的模块化、移植性和互操作性为目标重新设计了系统结构,并利用Linux 操作系统和C 库提供的功能完成了系统的实现,为以后的研究工作打下了良好的基础。本文首先介绍数控系统的发展现状和趋势,并针对开放式数控系统的特点和要求,依次探讨了构建开放式数控体系的关键和Linux 操作系统的特点,同时设计了本数控系统的体系结构和软件总体结构。然后详细分析了负责对底层硬件系统进行各种基本操作的实时控制层的设计和实现,以及系统内各个实时功能模块的特点和实现。最后介绍了负责数据处理和人机交互等管理功能的数控应用层的设计思想和模块结构。
武洪恩[9]2007年在《基于Windows的开放结构控制平台及应用研究》文中研究表明数控系统的开放化是当今数控技术的发展主流。开放式运动控制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。当前，Windows(NT／2000／XP)作为桌面操作系统的事实标准，经济方便的解决其实时性问题，将为Windows在工业控制领域的应用提供一个理想平台，同时也将会为开放体系结构控制系统的研究提供一个理想的系统平台，也越来越促使人们开展将Windows应用于开放式运动控制系统的研究工作。现场总线技术由于其开放性、体系结构的分散性、现场环境的适应性、现场设备智能化以及互操作性，将会为控制系统体系结构的开放提供一个理想的平台。本文围绕PC硬件环境下基于Windows操作系统平台以现场总线技术实现的开放式运动控制平台WOAP(Windows-based Open Architecture Platform for controller in motion control)进行研究。从总线技术、Windows下控制平台内核的开放性方法、Windows操作系统的实时处理机制等进行了系统研究，并且将研究成果应用于异型外圆活塞表面加工车床数控加工系统。全文主要研究工作和成果如下：结合当前先进的计算机软硬件技术、信息技术、现代控制技术，根据系统的开放性要求，以PC硬件为基础，设计了WOAP层次结构模型。将WOAP按功能分为四层：物理层、操作系统层(包含CNC实时内核和设备驱动)、开放接口层和应用控制层。给出了WOAP混合式的拓扑结构。采用运动控制总线技术构建了开放结构控制平台。WOAP硬件系统包括工业标准PC机、现场总线控制卡、电机驱动适配卡、模拟和数字I／O适配卡。对于软件系统，根据系统任务的实时性，将系统任务划分为：强实时、弱实时以及非实时任务。提出采用Windows内核实现强实时控制任务，如位置控制，实时监控以及现场总线访问等，采用面向对象的设计方法，将位置控制策略等设计为可装配的部件；将弱实时任务以及非实时任务采用Win32进程以COM(Component Object Module)技术实现。以COM形式实现数控系统体系结构的复用性、开放性、可配置、易扩展。内核开放设计采用CNC内核访问组件或者是内核访问API方式，实现强实时内核的可配置，达到强实时内核开放的目的。给出了CNC内核访问组件接口的IDL(Interface Definition Language)语言定义。WOAP平台达到了开放体系结构控制系统内核层次的开放。现场总线的应用使传统的控制系统体系结构发生了重大的变革，同时为开放结构控制平台的在较大范围内选择和配置硬件提供了一个有效的渠道。参考目前市场上典型的运动控制现场总线SERCOS，以及国家标准《控制与驱动装置间实时串行通信数据链路》，对王恒提出的SCOM(Serial Communication Bus in Motion control)现场总线进行了更新，实现了适合于Windows平台应用的新的运动控制现场总线——实时串行通讯总线RTSB(Real-Time Serial communication Bus)。给出了网络的广播型拓扑结构，建立了现场总线的互连参考模型，采用异步串行通讯的物理层协议，参考OSI标准协议中的高级数据链路控制HDLC协议的帧结构制定了RTSB的报文结构及内容。给出了现场总线访问子层中的总线通讯时序、同步机制、错误处理、系统初始化过程。给出了RTSB主控卡的电气原理图，用户接口层API以及Windows平台驱动程序结构。提出一种全新的总线设备枚举方法，便于系统为总线设备动态分配网络地址，避免了由于适配卡使用固定地址带来的系统管理弊端。RTSB不但解决了传统控制器结构中的问题并为实现下一代数字驱动器接口提供了途径，而且解决了非实时操作系统下的实时控制问题，同时也可以消除实时操作系统定时基准抖动引起的控制系统时间的漂移，为实现控制系统的高速、高精度性能奠定了基础。对Windows操作系统的微内核结构的体系结构分析知道，Windows将中断处理过程分做两步进行。就像在高性能实时操作系统中一样，在直接中断处理那一步中的各个中断服务程序ISR(Interrupt Service Routine)都很短，Windows的中断延迟与实时操作系统的中断延迟差不多。Windows是一个优秀的通用操作系统平台，但由于它在中断处理、线程调度、虚存系统等各方面充分考虑了弱实时应用的需求，具有延迟过程调用DPC、内核完全可被抢先等机制，能够提供非常高的系统吞吐率和很低中断响应延迟，其内核硬件中断延迟与实时操作系统的中断延迟差不多，因而可以通过对系统进行扩展，提高系统的实时处理能力。采用运行于内核态的设备驱动程序对系统进行实时扩展，可以满足系统中断的可预测性要求。采用Windriver Kernel Plugin技术设计了PCI／ISA总线RTSB主站控制卡的Windows驱动程序。对Windows平台下的中断响应延迟特性进行了测试，表明Windows系统在ISR级系统中断具有相当程度的确定性。根据Windows中断响应的特点，通过合理安排驱动程序的响应顺序，配合RTSB总线控制卡，可以极大地提高系统的实时应用能力。描述了WOAP微控内核的结构，数据交换缓冲区的结构以及实现系统实时内核开放的方法。采用Windows中断服务程序，配合RTSB总线技术构成的运动控制平台WOAP，其系统定时周期偏差不大于250ns，达到了硬件实时的水平，成功的方便、经济地解决了Windows系统应用于实时控制任务时的实时性要求。可以满足运动控制系统的实时性要求。为了提高内燃机的性能，活塞型面一般设计为复杂的三维立体曲面，来补偿活塞在高温、高压环境下的形状变化。在分析了目前所使用的活塞型线的基础上，通过对异型活塞型面的特征进行分析，提出将型面先分解再合成的活塞设计方法。将型面划分为“纵向型线”、“椭圆”、“变椭圆度”三个基本特征，对每一种特征给以恰当的数学描述。同时根据活塞表面特性引入“旋转”，“偏心”特征，以适应活塞形状的变化。对特征信息进行了规划设计，将横截面型线根据曲线特点划分为规则曲线与非规则曲线。对于规则曲线，直接用曲线解析表达式进行描述曲线；对于非规则曲线，采用三次非均匀B样条进行拟合插值。纵向型线特征以及椭圆度变化特征采用三次样条进行拟合。根据活塞加工过程中刀具运动学特点，提出了—信号分离型和信号合成型相结合的运动学模型。根据活塞型面加工系统运动学特性，将各个特征进行合成，最终生成控制刀具运动轨迹的实时加工数据文件。提出采用微圆锥体来逼近椭圆型面法，可以减小离散截面个数，减小数据文件尺寸，提高表面轮廓精度。根据型面特征，采用模块方法设计了型面设计软件系统。系统具有友好的界面，丰富的功能，可以满足目前遇到的活塞的型面设计要求。同时该设计系统与活塞异型表面车削加工数控系统有机地集成到一起，便于系统及时获得数控机床信息，也便于机床与活塞加工模块的一体化控制，为数控系统的运行提供了非常大的灵活性。作为开放结构控制平台的一个应用特例，设计了活塞外圆异型型面车削加工机床数控系统。通用数控机床的进给伺服系统的频宽一般为10～20Hz，活塞典型加工时要求的刀架运动频率为50Hz以上，所以必须采用专用的伺服刀架系统。本文采用超磁致伸缩致动器(Giant Magnetostrictive Actuator，GMA)作为刀架伺服系统。根据活塞异型表面车削加工的特点，其加工控制系统是由车床控制系统及外圆加工控制系统组成的。在开放平台的基础上，扩展轴适配卡实现外圆车削控制模块。对高频响GMA驱动器的动态特性进行了分析，可以将刀架伺服系统看作惯性环节串联滞后环节的形式。采用频率特性方法进行了GMA控制系统的系统辨识，为有效屏蔽由于噪声干扰引起的辨识误差，采用正交相关法进行数据分析，得出系统的幅值与相位，进而得到系统的近似传递函数表达式。采用幅频相位前馈以及PID控制相结合的方法对GMA系统进行校正。将控制系统应用于实际加工，零件加工精度满足设计要求。
王英晨[10]2008年在《基于SERCOS总线的开放式CNC伺服系统的研究》文中研究说明金属针布是用于纺织业梳理机上的关键分梳元件。在针布齿条生产过程中,一般采用在线式高速旋转冲切模式,要求数千米长的齿条形状严格保持一致。这就要求针布冲齿机必须同时完成两个高精度运动:一是旋转冲切运动(主传动轴),二是牵料运动(进给传动轴);二者必须严格同步协调,以确保齿形的一致性。本课题的目的是以金属针布的伺服冲齿为工程背景,研究基于SERCOS总线的开放式交流伺服控制系统。在熟悉现场总线技术和伺服冲齿技术的基础上,通过学习交流伺服控制系统的原理和设计方法,认真探讨了基于SERCOS总线的开放式交流伺服控制系统的控制方案,对高精度位置伺服进行了较深层次的研究。首先,介绍了金属针布的冲齿工艺,分析了传统生产工艺的弊端,确定了新型伺服冲齿的方案。以工控机(IPC)为系统的主控平台,采用两台高精度永磁同步电机分别驱动冲齿刀盘和牵引轮,两台电机采用电气耦合通过对两台伺服电机的位置控制,实现两轴的数字化柔性连接。整个通讯采用SERCOS总线,确保数据传输的实时性。其次,对永磁同步电机(PMSM)进行数学建模,并确定了交流伺服的参数自整定PID控制方案。利用MATALAB中的Simulink对数字伺服系统进行仿真,通过大量的仿真和现场生产时的实际数据,优化了系统的控制方案。最后将工业计算机(IPC)、伺服系统、数据采集卡、智能通讯卡等部件一起构成CNC伺服系统的硬件,其控制结构采用位置、速度双闭环控制方式,在此基础上进行智能控制的研究。本课题软件控制的核心是利用Visual C++中的MFC进行编程,控制算法全部由IPC中的软件实现。在运行过程中IPC作为数控管理器,将用户设定的产品参数转化为伺服电机运行的位置给定,通过模糊PID控制器,转换为伺服电机的控制信号,经SERCOS总线以网络广播的方式传输给伺服驱动器,从而使伺服驱动系统对设定实现位置和速度的随动控制,达到精确的随动控制性能。从仿真和实验的结果来看,模糊PID控制具有很好的自适应性和鲁棒性。本控制系统与传统PID控制系统相比,具有PID参数自动进行整定和优化的特点。这种开放式数控体系实际应用于金属针布伺服冲齿控制系统中,得到满意的控制效果。
参考文献：
[1]. 基于Windows的开放式数控系统实时问题研究[J]. 梁宏斌, 王永章. 计算机集成制造系统-CIMS. 2003
[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]. 基于Web的数控系统远程支持技术的研究[D]. 杨来. 南京理工大学. 2004
[4]. 基于PC的开放式数控系统研究[D]. 张书诚. 合肥工业大学. 2008
[5]. 现场总线在柔性制造系统和网络数控中的应用研究[D]. 姜晓林. 合肥工业大学. 2006
[6]. 基于PC的开放式数控系统的实现[D]. 张宏杰. 大连理工大学. 2004
[7]. 基于PMAC的五轴数控弯丝机系统的研发[D]. 叶志坚. 厦门大学. 2009
[8]. 基于Linux的数控虚拟机的研究与开发[D]. 陈亚亚. 华中科技大学. 2005
[9]. 基于Windows的开放结构控制平台及应用研究[D]. 武洪恩. 山东大学. 2007
[10]. 基于SERCOS总线的开放式CNC伺服系统的研究[D]. 王英晨. 江南大学. 2008
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