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可重构数控系统关键技术研究

董靖川  
【摘要】: 可重构数控系统是实现可重构制造系统的关键技术。可重构技术可以增强数控系统的柔性,合理配置数控系统资源,快速地响应加工需要。本文对实现可重构数控系统的一些理论和应用问题进行了研究。 在分析数控系统功能特点的基础上,提出了可重构数控系统的数控流水线架构。该架构由数控主控流水线线程、驱动程序和数控微代码实时执行单元构成,定义了数控规范指令和数控微代码接口,保证模块的互换性,实现了流水线的可重构。数控流水线线程封装了从指令译码到生成数控微代码的主要控制功能,具备高度的可移植性。微代码是用于数控功能实时执行的精简化操作指令,由一个实时执行单元执行。实验表明,数控流水线架构可以高效实现可重构的数控系统。 速度规划是数控系统的重要模块,对加工效率,运行平稳性等方面都有影响。而前瞻速度规划是提高加工效率的有效方法。本文对一类加减速算法进行数学抽象,提出了对这类加减速算法的可重构的通用前瞻速度规划算法,在理论上证明了通用前瞻速度规划算法对进给速度的优化性质。同时,推导了线性加减速、改进的指数加减速和S型加减速在通用前瞻速度规划下的完整规划算法,验证了该算法的有效性。 微线段的加工是复杂型面加工中常见的程序类型。本文提出了基于伺服系统轮廓误差的直线段转角速度限制算法和连续转弯微线段进给速度修正方法。这两种方法以轮廓误差为依据,能够根据加工路径特征对进给速度进行智能控制。二者与S型加减速算法在通用前瞻规划器架构下可重构成为微线段程序的柔性速度规划模块。 重采样插补可以实现粗插补的非实时批量运行,能够提高数控系统性能并为设计带来便利。本文提出了线性重采样插补方法和基于曲线细分技术的重采样插补方法。分析表明,曲线细分重采样插补能够得到比线性重采样插补更平滑的插补结果。根据重采样算法原理设计了重采样的可重构硬件逻辑,加速算法的执行,并以螺纹车削和电子凸轮为例说明了硬件重采样的应用方法。 在可重构数控系统的实施方法上提出了软、硬件在不同粒度下的重构方案。采用数控流水线架构设计了三种可重构数控系统原型机。实验和应用都证明,数控流水线架构是一种能适应各类平台的开放式可重构数控系统高效实施方案。


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