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《上海大学》 2007年
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嵌入式可重构数控系统及其关键技术研究

王文斌  
【摘要】: 可重构制造系统是未来制造系统的发展方向,而实现面向设备级的重构是实现可重构制造系统的基础和关键。只有作为主要制造设备的数控机床具备可重构的特性,才有可能实现制造系统的可重构。数控系统的可重构性已成为衡量现代数控系统性能优劣的重要指标之一。 当今随着芯片技术的发展,嵌入式微处理器正成为后PC时代的主流,并向高速、智能化的方向发展,其在功能、结构、接口、通信等方面都具有优越性,这些优越性都很好的满足了现代数控的发展需求。并且90年代末,随着嵌入式Linux、uCOS等开源嵌入式操作系统的出现,更是为嵌入式系统在现代数控上面的应用提供了广阔的天地。但是目前国内外基于嵌入式系统的数控开发刚处于起步阶段,大多是针对具体数控应用需求而定制开发的,而且嵌入式系统存在资源有限性、平台相关性等特点。这使得数控系统开发难度大,周期长,系统的可重构性不高。 因此,本文针对嵌入式环境下,数控系统的可重构实现及其关键技术展开研究。论文从方法论的角度分析并研究了嵌入式可重构数控系统的体系结构,研究了可重构数控系统的软件实现问题和嵌入式可重构数控系统实时多任务的调度问题,在此基础上,研制了嵌入式可重构数控系统的集成开发环境原型。最后将研究成果应用于水射流数控系统和全自动线束机数控系统的开发上,通过实际应用验证研究结果的合理性和可行性。具体研究内容如下: 1、研究了目前数控系统体系结构,并对可重构数控系统的复杂性进行充分分析,指出了数控系统体系结构对于可重构数控系统的支配作用。通过对方法论的研究,提出了解决数控系统复杂性问题的具体策略。在其指导下,分析了数控系统的构成、信息流、行为、模块连接,提出了基于活动对象的轻量级软件总线的可重构数控系统体系结构。并对基于方法论的系统可重构实现过程进行简要描述。 2、分析了现有的构件标准模型,针对嵌入式资源有限、平台差异大、可靠性高等特性,提出了一种嵌入式数控构件模型ECRNC。研究了ECRNC模型主要构成元素,给出其构件规约和实现方式。分析了层次软件总线特点,给出其关键实现技术。 3、分析了数控系统的多任务运行的特殊性,结合嵌入式运算资源的有限性,提出一种混合实时任务层次调度算法。在一级调度上用DRM保证实时任务的底限不丢失,在二级调度上采用了动态规划和贪婪相结合的策略调度实时任务的可选部分,保证了带宽的利用,克服了传统混合调度算法处理器利用率受限制、系统开销较大和非周期部分响应时间长的问题。 4、分析了现有的构件库的表示方法,建立了面向嵌入式数控构件的刻面表示模型,从而将构件的描述展开为一棵刻面描述树。通过研究刻面描述树,将构件描述和构件检索间的匹配模型转化为树型结构化描述之间的匹配模型,并给出其实现算法。针对检索适配后,多个可行的系统选择方案,提出适应性分析模型,并首次将模糊层次分析法应用于构件系统方案的适应性分析中,并通过实例分析其有效性。由此建立了可重构数控系统集成开发环境原型。 5、基于上述工作并为验证之,研制了水射流数控系统和线束机数控系统。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG659

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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