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《南京航空航天大学》 2002年
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开放式数控系统关键技术研究

游有鹏  
【摘要】: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,不仅显著增强了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。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TG659

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【引证文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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10 张磊;基于Windows CE的开放式数控系统设计与实现[D];华中科技大学;2011年
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