具备智能特征的开放式数控系统构建技术研究

论文摘要

在现代制造领域,数控系统的广泛应用极大推动了制造技术的进步。随着市场需求的不断提升以及相关支撑技术的发展,数控系统正在经历一次以开放性与功能复合化为突出特征的技术变革,由此必将引起系统体系架构与控制策略的变革性发展。针对于此,本文在数控系统开放式体系、结构建模、动态分析以及系统智能策略四个方面进行了深入探讨。基于对数控系统功能模块的综合规划,提出了一种四层结构的数控系统开放体系参考模型。给出了一种层级链式模块注册策略及注册单元体的形式化结构定义,可实现系统局部结构调整。完成了基于功能组件的用户专有技术配置机制的分析。分析表明该参考模型可支持三级程度的系统配置。提出了基于面向对象技术的数控系统建模方案及其标准化建模流程。在对系统用例深入分析的基础上,重点建立了系统的核心用例包—运动控制包对应的子系统的类图模型。基于此对类对象行为进行了分析,构建了通道伺服控制序列图及通道状态图模型,进而通过活动图对系统操作逻辑进行了建模分析。引入网论进行数控系统运行时动态性能分析。提出了决策库所的形式化定义以解决环境信息外延不完整带来的冲突问题,进而完成了对系统总体结构的仿真验证。引入形式化数学分析方法对DNC过程进行了分析。提出了带抑制弧赋时Petri网的等效模式以降低模型维度与分析复杂度,基于此进行了实例仿真分析并给出了相应的系统结构调整规划。基于着色Petri理论对多轴伺服控制的分析模型进行了压缩,表明该方法可有效精简具有相似结构的系统分析模型。对系统智能策略的信息作用范围及加工作业周期内各阶段智能策略的实施目标进行了探讨,提出了系统运行时分类智能控制策略。基于自适应遗传算法给出了加工参数预优化方案及算例。提出了基于电流与电压综合监测的加工过程模糊自适应控制方案并建立了控制模型,进而引入径向基网络进行了加工自适应控制过程的仿真分析。结果表明所建立的模糊自适应控制系统能够以较高的辨识与控制精度实现数控加工的智能自适应控制。基于上述研究成果,已开发出五联动数控系统功能样机,并完成了与五轴加工中心的配套工作,初步实现了对相关理论成果的实例化验证。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 数控技术发展史与发展趋势
• 1.2.1 数控技术发展历史
• 1.2.2 数控技术发展趋势
• 1.3 相关技术研究现状分析
• 1.3.1 数控系统开放体系结构研究现状
• 1.3.2 系统建模与分析研究现状
• 1.3.3 数控系统的智能策略研究现状
• 1.4 课题主要研究内容
• 第二章 数控系统开放体系架构研究
• 2.1 OMAC、OSACA 及OSEC 开放体系
• 2.1.1 OMAC
• 2.1.2 OSACA
• 2.1.3 OSEC
• 2.2 数控系统整体功能分析
• 2.2.1 开放架构规划基本准则
• 2.2.2 整体分析与功能模块划分
• 2.3 系统开放架构参考模型
• 2.3.1 系统总体架构
• 2.3.2 基于层级链式结构的注册与调整
• 2.3.3 功能组件配置
• 2.4 模型支持的开放性分析
• 2.5 本章总结
• 第三章 数控系统建模分析
• 3.1 基本理论分析
• 3.1.1 技术背景简介
• 3.1.2 UML 建模技术分析
• 3.2 基于UML 的数控系统建模总体流程分析
• 3.3 数控系统用例分析
• 3.4 系统静态结构建模分析
• 3.5 系统动态行为建模分析
• 3.5.1 序列图模型分析
• 3.5.2 状态图模型分析
• 3.5.3 活动图模型分析
• 3.6 本章总结
• 第四章 系统行为仿真与动态性能分析
• 4.1 Petri Net 基本理论
• 4.1.1 Petri Net 简介
• 4.1.2 PN 基本定义与表示法
• 4.2 基于基本PN 的系统动态性能分析
• 4.2.1 数控系统综合行为仿真
• 4.2.2 基于形式化数学分析的PN 性能分析
• 4.3 基于带抑制弧赋时PN 的运动控制分析
• 4.3.1 赋时PN 基本定义
• 4.3.2 带抑制弧TTPN 等效转换
• 4.3.3 数控系统运动控制分析
• 4.4 基于着色PN 的数控系统分析模型压缩
• 4.5 本章总结
• 第五章 数控系统智能策略分析
• 5.1 分类智能控制策略原理与规划
• 5.2 加工参数预优化策略研究
• 5.3 基于模糊逻辑的在线监测与优化
• 5.3.1 多物理状态平稳信号在线监测分析
• 5.3.2 基于模糊逻辑的数控加工自适应控制
• 5.4 基于径向基网络的数控加工自适应控制仿真
• 5.4.1 径向基网络原理与数控加工预测模型构建
• 5.4.2 数控加工自适应控制仿真分析
• 5.5 本章总结
• 第六章 全文结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 发表论文情况
• 参加科研情况
• 专利与科研获奖情况
• 致谢