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具备智能特征的开放式数控系统构建技术研究

胡世广  
【摘要】: 在现代制造领域,数控系统的广泛应用极大推动了制造技术的进步。随着市场需求的不断提升以及相关支撑技术的发展,数控系统正在经历一次以开放性与功能复合化为突出特征的技术变革,由此必将引起系统体系架构与控制策略的变革性发展。针对于此,本文在数控系统开放式体系、结构建模、动态分析以及系统智能策略四个方面进行了深入探讨。 基于对数控系统功能模块的综合规划,提出了一种四层结构的数控系统开放体系参考模型。给出了一种层级链式模块注册策略及注册单元体的形式化结构定义,可实现系统局部结构调整。完成了基于功能组件的用户专有技术配置机制的分析。分析表明该参考模型可支持三级程度的系统配置。 提出了基于面向对象技术的数控系统建模方案及其标准化建模流程。在对系统用例深入分析的基础上,重点建立了系统的核心用例包—运动控制包对应的子系统的类图模型。基于此对类对象行为进行了分析,构建了通道伺服控制序列图及通道状态图模型,进而通过活动图对系统操作逻辑进行了建模分析。 引入网论进行数控系统运行时动态性能分析。提出了决策库所的形式化定义以解决环境信息外延不完整带来的冲突问题,进而完成了对系统总体结构的仿真验证。引入形式化数学分析方法对DNC过程进行了分析。提出了带抑制弧赋时Petri网的等效模式以降低模型维度与分析复杂度,基于此进行了实例仿真分析并给出了相应的系统结构调整规划。基于着色Petri理论对多轴伺服控制的分析模型进行了压缩,表明该方法可有效精简具有相似结构的系统分析模型。 对系统智能策略的信息作用范围及加工作业周期内各阶段智能策略的实施目标进行了探讨,提出了系统运行时分类智能控制策略。基于自适应遗传算法给出了加工参数预优化方案及算例。提出了基于电流与电压综合监测的加工过程模糊自适应控制方案并建立了控制模型,进而引入径向基网络进行了加工自适应控制过程的仿真分析。结果表明所建立的模糊自适应控制系统能够以较高的辨识与控制精度实现数控加工的智能自适应控制。 基于上述研究成果,已开发出五联动数控系统功能样机,并完成了与五轴加工中心的配套工作,初步实现了对相关理论成果的实例化验证。


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