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嵌入式数控系统软件设计及其关键算法研究

戴乾坤  
【摘要】: 随着计算机和微电子技术的飞速发展,嵌入式系统作为计算机应用的一个重要领域,已深入到社会的方方面面。近年来,嵌入式技术在数控系统中的应用也越来越广泛。32位的ARM处理器为核心的嵌入式系统以接近16位单片机系统的价格提供了接近PC平台的性能,是未来数控系统发展的一个方向。 本文以嵌入式六轴数控磨削系统为应用背景。数控系统的任务可分为控制任务和管理任务两大类,本文的线索是先进行软件总体设计,然后就这两大任务的关键技术展开,最后作出系统的优化。 本文综述了嵌入式数控的发展现状,研究了主流的设计方案,并进一步探讨了数控系统软硬任务划分、软件设计要求及其思想。分析了数控系统的关键算法的研究动态,尤其是一些曲线插补的发展现状。在研究了嵌入式数控系统的开发方式、软件任务特征的基础上,作出数控系统的软件需求分析,设计出数控软件的总体架构、程序的总流程等。对控制任务中的曲线插补和加减速控制进行了深入的研究。推导了广义Bézier插补算法的递推公式,利用Bézier曲线描述曲线时,可直接将一系列的离散型值点转化为Bézier控制点,该插补方法形成速度快,计算量小。S型曲线的加减速控制算法,并进行了仿真测试和对比实验;完成了管理任务中的人机界面的关键点——miniGUI的输入引擎、多级界面的实现、数控代码编译器等的研究与设计。以Linux的时钟粒度的细化为切入点,对软件系统进行了优化,并对软件模块进行了测试,验证了系统方案的正确性、可行性。 文章的最后部分对所作的工作作了总结,同时根据开发过程中碰到的实际问题,进一步提出需要改进和完善的工作内容,并对嵌入式数控的发展前景作了展望。


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