数控系统现场总线可靠通信机制的研究

现场总线的应用是数控系统发展的必然趋势。为满足数控系统的高可靠通信需求,在分析数控系统加工精度与可靠通信关系的基础上,设计一种现场总线可靠通信机制。针对该机制,建立数控系统通信可靠性评价的指标,提出以无故障通信时间来衡量现场总线通信的可靠程度;通过概率统计方法,对该机制的可靠性进行数学分析,得出现场总线通信可靠性与通信站数目及最大重发次数的关系,并分析各自的影响程度;通过仿真试验,验证理论分析结果的正确性,同时将该可靠通信机制应用到数控系统现场总线中,通过实际电磁干扰测试,证明该机制的有效性。该理论研究和试验结果,对数控系统通信的可靠性设计和分析具有重要的指导作用。

基于滤波技术的数控系统加减速研究

针对数控系统在启动/停止时由于速度不平滑,加速度存在突变现象导致机床产生剧烈振动问题,结合滤波技术和直线加减速规划方法提出了一种新的数控机床的加减速控制方法,该方法基于离散采样模型推导了滤波后的速度、加速度、加加速度的数学表达式,证明了该方法与常规S形加减速算法等价,并给出了该方法的实现步骤,实验结果证明了该算法的有效性。

基于异构多核处理器的嵌入式数控系统研究

针对传统嵌入式数控系统性能差、可扩展性差、人机界面不友好等特点,结合异构多核技术和现场总线技术的优点,提出并开发了一种基于异构处理器和现场总线技术的嵌入式数控系统。该数控系统运行在异构多核处理器之上,通过在不同的处理器核心上同时运行通用系统和实时系统,采用静态划分的方式将数控系统内部的任务分配到不同的处理器核心上,使用现场总线技术实现嵌入式数控系统与伺服电机之间的连接,简化数控系统与伺服驱动器之间的连线。实验证明,开发的数控系统具有良好的实时性和扩展性,验证了设计的合理性。

开放式数控系统网络接口技术研究

数控系统网络接口技术是实现数控机床实时信息采集的基础,是确保数控系统开放式、网络化及智能化的关键技术.通过对数控系统传统信息采集接口和基于网络的MTConnect标准的对比研究,基于后者在兼容性、跨平台性、可读性方面存在的优势,围绕开放式数控系统体系框架,本文设计一种基于MTConnect标准的开放式数控系统网络采集接口.同时,为兼容传统信息采集接口,提出一种可拓展的通用接口架构,阐述架构间模块的功能及互联方式,并从数控系统数据项抽取、数据项适配器(Adapter)、接口代理(Agent)等方面重点阐述接口的设计.最后,在自主研发的数控系统上实现网络接口,并对相关时间延迟开展了测试与分析,表明了该通用接口的正确性与实用性.

组件技术及其在可重构数控系统中的研究

作为一种开放式数控系统,可重构数控系统不仅可以加工各种类型的产品,而且可以根据需要改变自身的系统结构,以满足特殊的应用需求.为了实现可重构数控系统,本文对组件技术进行了深入研究,提出适合可重构数控系统的组件模型.在此基础上,设计并实现了通信管理层,以提供各组件所需的系统功能服务和可重构功能.最后,本文搭建了一个可重构数控系统的基本原型,并进行了相应的测试与实验.

数控连续加工中轨迹段间平滑转接方法的研究

为了实现加工轨迹段间高速平滑转接,根据空间矢量理论和机床加工的离散周期特征,提出了一种基于S曲线的矢量转接算法。首先,分析了S曲线和矢量转接算法原理,把相邻轨迹段按照S曲线规律进行插补的位移进行矢量求和,求和的结果作为机床的进给位移,形成转接曲线;然后建立了机床加工精度与转接开始的最大允许速度之间的关系;最后探讨了一种对转接算法进行优化的方法,约束控制转角处的速度v、加速度a、加加速度J。实验证明,该算法在满足加工精度的前提下,能够实现轨迹段间高速平滑的转接,从而提高了加工效率和精度。

基于MAS技术的开放式数控系统软件体系结构的研究

文章详细分析了开放式数控系统的特征,指出了传统系统构建方法在满足数控系统智能化需求上的不足。在上述理论研究的基础上提出了基于多智能体技术(MAS)的开放式数控系统软件体系结构,并以两个典型智能体为例,论述了系统中各智能体的功能结构和设计方法,最后对系统中各智能体间的通信机制进行了研究和设计。引入多智能体技术,为构建开放式系统提供了一种可行方法,对深入研究开放式数控系统体系结构具有一定的参考价值。

基于实时发布订阅模式的数控总线通信机制研究

在研究传统通信机制基础上,针对数控总线特点,本文提出一种新型基于实时发布订阅模式的数控总线通信机制.详细阐述该机制的核心部件消息中间件的设计过程,采用形式化方法对这种机制进行分析,构建出基于概率时间自动机的系统状态转换模型,最后通过模型验证器PRISM对该机制的稳定性与实时性进行了验证.结果表明该机制满足数控总线通信要求.

基于多核嵌入式数控系统的速度前瞻算法研究

为了构建基于ARM和DSP多核架构的嵌入式数控系统,需要依据所采用的DSP硬件系统,将现有的数控系统的运动控制算法移植到DSP的开发环境中。文章详细阐述了基于多核架构的嵌入式数控系统平台软硬件环境,研究了CNC自适应速度前瞻算法的基本原理与实现,并针对C64X+系列DSP对CNC自适应速度前瞻算法进行了优化。最后,针对算法运行效率进行了实验对比,并对其实际应用进行了测试,结果表明,该优化后的动态速度前瞻算法完全可满足ARM和DSP双核架构的嵌入式数控系统的性能需求。

开放式数控总线标准中数据链路层研究

在制定开放式数控系统总线接口与通信规范标准的基础上,针对数控系统的特点,提出一种基于抽象数据链路层和实际数据链路层的双子层数据链路层结构模型,讨论抽象数据链路层的服务和协议规范以及与实际数据链路层间的封装与映射机制,并实现应用层和实际数据链路层间的服务与协议转换。

基于嵌入式数控系统速度前瞻算法的研究与实现

数控系统中由于运动轨迹复杂,加工速度频繁变化,如果处理的不好,很容易造成系统的抖动,对机床具有很大的冲击,影响了数控系统的加工效率。论文分析了自适应前瞻算法的核心要点,研究了基于实际加工路径曲率的自适应速度前瞻算法以及基于实际加工路径速度递减为零的自适应速度前瞻算法的基本原理,在基于ARM+DSP的嵌入式数控系统上设计并实现了这两种自适应速度前瞻算法,对这两种算法的实际的加工性能以及算法的执行时间作了性能评估,分析了两种自适应算法的优劣。

面向数控系统的反馈调度算法的研究

传统的数控系统使用静态的、开环的任务调度策略,在其运行过程中系统的资源不能被充分地利用。为提高数控系统的资源利用率,论文设计了一种针对软实时任务的闭环反馈调度算法。该反馈调度算法通过监控当前系统的负载和任务的截止期错失率,能够自动调整软实时任务的时间参数,使系统资源可以被充分利用,并使系统在各种负载的情况下都能获得较好的性能。通过实验对该反馈调度算法进行验证,结果表明,该调度算法能够显著提升数控系统的CPU利用率,同时还能保证数控系统的稳定性。

蓝天高档数控系统产业化发展模式探讨

讨论了面向２１ 世纪先进制造技术的蓝天数控重点产品研发和工程化、产业化思路；探讨了全球制造模式下蓝天的虚拟企业／动态联盟发展模式。

基于工控机的激光数控机床控制系统的研究

针对航空发动机微孔冷加工所需的超快激光数控机床设计了一种基于工控机的控制系统。文章采用工控机作为整个激光数控机床的主控制设备,将控制软件运行于工控机上。控制软件与工控机、数控系统、协同控制单元等组成控制系统,控制系统的主要控制任务包括:初始化激光器和复合光束扫描模块、向数控系统传送光束指向调整电机的位置信息、配置协同控制单元完成恒重叠螺旋扫描和非圆形面扫描控制等。控制系统还包含简单的工艺数据库同时实现对工艺数据库的增、删、改、查以及维护,并为整个激光数控机床提供简单易操作的人机交互交界面。整个系统最终能达到机床的控制要求,满足加工需求。

基于MachineWorks的复杂数控加工环境仿真的研究

当前存在的一些商品化数控加工仿真系统通常作为一个独立于数控系统的程序而很难集成入当前数控系统中,为此有些情况下需要依据数控系统的实际情况开发数控加工仿真系统,但是当前存在的一些开发方案都或多或少存在一些问题,如开发周期长、灵活性差。本文仔细研究了数控加工仿真系统的几个关键技术和几类常用开发方案,采用了基于专用的数控加工仿真系统库——MachineWorks的开发方案,结果显示这种方案对开发量过大和灵活性不足的问题做出相应折衷,能方便的集成入当前的数控系统中,同时能够减少开发工作量。并且本文针对一般CAM或加工仿真软件只进行零件刀具轨迹或中间文件的模拟,无法满足复杂加工环境下的加工仿真需求的问题,在此开发方案基础上对复杂数控加工环境仿真的开发思路、过程及相关关键技术做了阐述。

蓝天高档数控发展历程及其产业化成果

蓝天高档数控为打破国外的封锁和禁运做出了历史性的贡献； 技术创新使其在我国数控领域取得７ 项第一： 蓝天ＣＮＣ是我国第一个高档数控系统、取得了第一个高档数控软件版权、装备了第一个国产盘套类柔性制造单元、装备了第一台五轴联动加工中心、装备了第一台双过程曲轴铣床、装备了第一台非球面光学镜片加工中心、是我国第一个出口的高档数控系统。蓝天数控实现了我国数控从进口到出口的转折； 技术成果获得中国科学院一等奖３ 项； 产业化成果不断扩大； 树立起国产数控的一个品牌。

工业控制网络的研究现状及发展趋势

工业控制网络在工业通信及先进制造领域起到关键性作用。回顾了工业控制网络的发展历程,重点分析了工业以太网的实时通信技术,针对通信实时性的强弱性质将目前主流工业以太网进行了分类研究,将其划分为软实时、硬实时以及同步硬实时3类,重点探讨了各自的实时通信机制。同时阐述了正在进入工业控制领域的实时异构网络及无线网络,最后讨论了工业控制网络研究的技术难题,并提出了新的发展方向。

基于OPC技术实现西门子数控系统的数据采集

文章通过对工业OPC标准和西门子数控系统OPC服务器的研究,介绍了OPC标准的相关技术和西门子OPC服务器的具体内容。同时针对具体的西门子数控系统,实现了数控系统与上位机的DCOM通信配置和数控系统的实时数据采集,为实现数控车间的联网管理奠定了基础。

五轴数控系统旋转轴快速平滑插补控制策略

在五轴联动加工中,刀轴矢量与旋转轴运动坐标之间存在非线性关系,刀轴矢量的平滑过渡不能保证旋转轴的平滑运动,尤其是当刀轴矢量接近机构奇异点时会引起旋转轴的剧烈震动,导致伺服报警,甚至损伤机床部件。通过分析旋转轴线性插补和矢量插补过程中刀具姿态的变化情况,抽象出刀具姿态误差模型。根据加工允许的刀具姿态误差,在矢量插值段中插入线性插值段,防止靠近奇异点处产生的旋转轴急速转动。结合指令行程和旋转轴性能进行旋转轴插补速度钳制,使用三次样条曲线对矢量插值段和线性插值段进行平滑连接,保证整个插补过程中速度的连续平滑。试验结果表明,本策略可以在满足刀姿误差要求的同时,实现旋转轴的快速平滑插补,并且已经应用于某航空结构件的批量加工生产中。

数控系统中模块间通信方法的设计与实现

研究采用基于国产CPU龙芯的数控系统,针对现有模块间通信方式自身不能同步多进程读/写的问题,提出一种将先进先出方式与共享内存相结合的高效通信方法,并基于此方法重新设计通信方案,对数控系统通信平台进行优化。实验结果证明该方法减少了通信双方握手过程中的轮询监测操作,提高了数控系统模块间的通信性能。