开放式数控系统分布式体系结构及其实现策略的研究

【摘要】：数控技术始终跟随着计算机技术的发展步伐。开放式控制技术,网络化技术和智能控制技术正在推动数控系统经历一次体系结构的重大变革。这次变革的第一阶段——开放式结构数控系统已经基本形成技术规范和应用体系,开放式控制的设计理念和支撑环境已经确立。随着计算机技术向网络方向深入发展的趋势逐渐明朗,以及数控加工控制应用环境的客观需要,采用分布式体系结构建立数控系统的技术路线正在逐步引起重视,成为开放式数控技术继续演化的一个重要方向。本文就是在这一背景下,针对分布式数控的体系结构和实现策略展开研究。 本文按照背景分析,原理阐述、模型构建、设计实现的顺序组织各章内容:第一章综述当前数控技术背景,分析现有研究成果,提出论文主题——分布式数控系统体系结构,第二章分析了复杂性控制问题的根源,对比了集中式控制在功能和性能上的局限性,重点提出了多维和浮动层次结构的全新设计思想、给出了其设计实现策略。第三章则重点阐述现场总线作为分布式数控系统基础体系结构的可行性与优势,设计了独特的数控系统单元节点的内部结构和工作流程。第四章则将前面的原理和模型具体化,针对加工中心用四轴数控系统,展示了利用PROFIBUS-DP协议现场总线建立分布式数控系统的设计过程,包括站点设计、数据定义和时间特性分析等一系列技术实现细节的阐述,来证明前文所建立原理模型的可行性。最后一章,则针对分布式数控的柔性加工目标,建立和分析了可配置型模块的数学模型,提出了分层配置和模板配置两种技术机制,并给出了针对运动控制功能和人机交互功能的实现方案。 综合以上的研究内容,得出结论如下:开放环境下的分布式体系是未来数控系统发展的方向,多维和浮动的层次结构设计思想是解决复杂多目标控制问题的有效途径,基于现场总线的数控系统将是分布式数控体系结构的首选,模块的可配置性决定了分布式数控的柔性和智能性。 本文认为分布式数控是开放式数控的一种很有前途的进化形式,是高层次的开放理念,是网络化技术和智能控制技术与数控技术在开放环境下结合与综合的必然趋势,具有广阔的研究前景和应用背景。