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开放式数控系统下位机实时控制子系统的研究与开发

作　者: 刘俊英
导　师: 何国金
学　校: 广西大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 开放式数控系统实时控制 Windows平台 DSP
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 281次
引　用: 2次
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内容摘要

进入20世纪90年代以后，数控技术得到了飞速发展。数控系统也由封闭走向了开放。但目前国内的开放式数控系统仍有许多不足之处，如大多采用DOS作为操作平台，难以实现多任务操作，而且刀具轨迹仿真的图形功能差。虽然有的开放式数控系统采用Windows作为操作平台，弥补了DOS平台的不足，但系统的实时性仍不高。鉴于以上存在的问题，本文以广西科技厅2003年科技攻关项目“基于DSP技术和Windows平台的开放式数控系统开发”为课题，进行了其中子课题“开放式数控系统下位机实时控制子系统”的研究与开发。课题的总体技术方案是“IPC+带DSP的运动控制器+交流伺服驱动系统”。其中的核心硬件选用了摩信公司生产的MCT8000F4运动控制器。本文应用实时数据采集、实时监控、软件PLC等关键技术和C语言编程技巧，通过制订统一的通信协议和设计下位机的实时控制软件，实现了硬件初始化及运动控制器与IPC的通信，使所开发的数控系统实现了控制面板与运动控制器以及机床之间的输入输出，对上位机IPC编译后的数控代码的识别，直线、圆弧等矢量插补和加减速控制，机床的位置控制、各种辅助动作的PLC控制以及运动控制器的自诊断等实时控制任务。由于MCT8000F4运动控制器中的DSP能实现高速运算和实时插补，所以本文开发的系统具有较高的实时性；而且运动控制器接收完上位机IPC传送来的全部已编译数控代码后，能脱离IPC独立完成数控加工的实时控制任务。即上位机在数控加工的同时可执行别的数控加工编程任务或其它的处理任务。

全文目录

摘要  3-9
第一章绪论  9-16
  一、前言  9
  二、课题的来源、研究的目的意义  9-10
    1 课题的来源  9
    2 课题研究的目的和意义  9-10
  三、数控系统发展、研究现状及水平  10-13
    1 数控系统发展简史  10
    2 开放式数控系统的概念和特点  10-11
    3 国内外发展现状及水平  11-13
    4 开发基于Windows平台的数控系统的优势  13
  四、本文的研究目标及内容  13-14
    1 本文的研究目标  13-14
    2 本文研究的主要内容  14
  五、本课题所涉及的理论、方法和技术领域  14-16
第二章运动控制技术的发展及应用  16-21
  一、运动控制技术的发展和研究现状  16-17
  二、 DSP的特点及其在数控系统的运动控制器中的应用  17-20
    1 DSP适合于数字信号处理的特点  17-19
    2 DSP在运动控制器中的应用  19-20
  三、本章小结  20-21
第三章基于WINDOWS平台数控系统实时控制的实现方法  21-26
  一、引言  21
  二、 WINDOWS平台实现数控系统实时控制的方法  21-25
    1 利用Windows中提供的常规定时器  21-22
    2 采用Windows系统提供的多媒体定时函数  22-23
    3 截取硬件中断  23
    4 利用虚拟设备驱动程序实现实时控制  23-24
    5 利用运动控制器作为下位机来实现数控系统中的实时控制  24-25
  三、本章小结  25-26
第四章实时控制系统硬件组成及工作原理  26-44
  一、 MCT8000F4运动控制器  26-30
    1 概述  26
    2 板卡结构  26-30
  二、系统硬件组成结构与工作原理  30-33
    1 硬件整体构成及工作原理  30-31
    2 各组成部件简介  31-33
  三、系统各控制电路及工作原理  33-43
    1 系统强电控制电路  33-36
    2 交流伺服电机的控制电路  36-37
    3 各输入输出信号与运动控制器I／O接口板的连接  37-43
  四、本章小结  43-44
第五章运动控制器实时控制软件的开发  44-73
  一、软件设计方法  44
  二、控制系统的软件结构  44-47
  三、上位机与下位机通信协议的制订  47-49
  四、实时控制软件的设计思路  49-61
    1 实时控制软件的主函数  49-53
    2 实时控制软件的中断服务函数  53-61
  五、各实时控制功能的实现  61-72
    1 初始化  61
    2 控制面板与运动控制器以及机床之间的I／O功能  61-67
    3 对PC机编译后的数控代码的识别功能  67-68
    4 直线、圆弧等矢量插补和速度控制  68-70
    5 机床的位置控制功能  70
    6 运动控制器的自诊断  70-72
  六、本章小结  72-73
第六章实时插补原理及轨迹规划系统  73-81
  一、数控系统中的插补及加减速控制  73
  二、插补及轨迹规划原理  73-80
    1 插补原理  73-74
    2 加减速控制  74-78
    3 轨迹规划  78-80
  三、本章小结  80-81
第七章位置控制系统组成及其算法  81-85
  一、位置控制系统的组成  81-82
  二、 PID位置控制算法  82-83
  三、位置控制参数的确定  83-84
  四、本章小结  84-85
第八章系统调试  85-90
  一、下位机软件调试  85-88
  二、上下位机程序联机调试  88-90
    1 调试过程中出现的问题及解决方法  88-89
    2 调试结果分析  89-90
第九章总结与展望  90-92
  一、总结  90
  二、有待进一步研究的问题及初步设想  90-92
参考文献  92-95
致谢  95

开放式数控系统下位机实时控制子系统的研究与开发

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