论文题目: 开放式数控系统分布式体系结构及其实现策略的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 李宏伟
导师: 王太勇
关键词: 数控,开放式,分布式,模块化,智能化,现场总线,可配置
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 数控技术始终跟随着计算机技术的发展步伐。开放式控制技术,网络化技术和智能控制技术正在推动数控系统经历一次体系结构的重大变革。这次变革的第一阶段——开放式结构数控系统已经基本形成技术规范和应用体系,开放式控制的设计理念和支撑环境已经确立。随着计算机技术向网络方向深入发展的趋势逐渐明朗,以及数控加工控制应用环境的客观需要,采用分布式体系结构建立数控系统的技术路线正在逐步引起重视,成为开放式数控技术继续演化的一个重要方向。本文就是在这一背景下,针对分布式数控的体系结构和实现策略展开研究。本文按照背景分析,原理阐述、模型构建、设计实现的顺序组织各章内容:第一章综述当前数控技术背景,分析现有研究成果,提出论文主题——分布式数控系统体系结构,第二章分析了复杂性控制问题的根源,对比了集中式控制在功能和性能上的局限性,重点提出了多维和浮动层次结构的全新设计思想、给出了其设计实现策略。第三章则重点阐述现场总线作为分布式数控系统基础体系结构的可行性与优势,设计了独特的数控系统单元节点的内部结构和工作流程。第四章则将前面的原理和模型具体化,针对加工中心用四轴数控系统,展示了利用PROFIBUS-DP协议现场总线建立分布式数控系统的设计过程,包括站点设计、数据定义和时间特性分析等一系列技术实现细节的阐述,来证明前文所建立原理模型的可行性。最后一章,则针对分布式数控的柔性加工目标,建立和分析了可配置型模块的数学模型,提出了分层配置和模板配置两种技术机制,并给出了针对运动控制功能和人机交互功能的实现方案。综合以上的研究内容,得出结论如下:开放环境下的分布式体系是未来数控系统发展的方向,多维和浮动的层次结构设计思想是解决复杂多目标控制问题的有效途径,基于现场总线的数控系统将是分布式数控体系结构的首选,模块的可配置性决定了分布式数控的柔性和智能性。本文认为分布式数控是开放式数控的一种很有前途的进化形式,是高层次的开放理念,是网络化技术和智能控制技术与数控技术在开放环境下结合与综合的必然趋势,具有广阔的研究前景和应用背景。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 数控技术发展趋势
1.1.1 性能发展方向
1.1.2 功能发展方向
1.1.3 体系结构的发展
1.1.4 发展趋势总结
1.2 数控技术的研究现状
1.2.1 模块化与可重构的数控系统
1.2.2 开放式数控系统
1.2.3 智能化数控系统
1.2.4 网络化数控系统
1.2.5 分布式数控系统
1.3 课题的提出
第二章 分布式控制结构的研究
2.1 复杂控制的基本问题
2.1.1 复杂控制的根源
2.1.2 系统集成控制的局限性
2.2 控制结构的多维层次化
2.2.1 递阶式控制和多维层次
2.2.2 多维层次结构的实现
2.3 配置型资源节点的独立性和智能
2.4 基于任务驱动的智能协作方案
2.4.1 模块单元的任务驱动
2.4.2 协作型任务处理模式
2.5 分布式CNC 的模块化结构
2.6 本章结论
第三章 现场总线与分布式数控系统
3.1 现场总线的技术背景
3.1.1 技术本质
3.1.2 技术特征
3.1.3 技术优势
3.1.4 现场总线与数控系统的结合点
3.2 基于现场总线的数控系统
3.2.1 基本结构和组成
3.2.2 节点单元模型
3.2.3 扩展结构和分段结构模型
3.3 现场总线通信模型的研究
3.3.1 OSI 通信模型
3.3.2 现场总线通信模型的简化
3.4 现场总线通信环节的时间特性分析
3.4.1 总线的传输延迟
3.4.2 时间特性分析
3.5 现场总线数控系统一致性和互操作性分析
3.5.1 一致性测试分析
3.5.2 互操作测试分析
3.6 本章结论
第四章 PROFIBUS-DP 数控系统设计实现
4.1 PROFIBUS-DP 总线特性分析
4.1.1 PROFIBUS-DP 与数控系统的结合点
4.1.2 PROFIBUS-DP 总线基本特征
4.1.3 时间特性分析
4.1.4 基于PROFIBUS 数控系统设计目标
4.2 数控系统结构方案设计
4.2.1 单CPU 单总线的专用结构方案
4.2.2 多CPU 和局部总线的专用结构方案
4.2.3 基于PC 开放架构的数控系统
4.2.4 基于现场总线的结构方案设计
4.3 PROFIBUS 分布式数控系统的设计细节
4.3.1 主站和从站定义
4.3.2 通讯数据定义
4.3.3 配置数据定义
4.3.4 开放式配置文件
4.3.5 软件体系
4.3.6 硬件设计实现
4.4 本章结论
第五章 分布式数控的可配置性研究
5.1 系统的可配置性
5.1.1 可配置性含义
5.1.2 可配置性与可重构性
5.1.3 配置过程数学描述
5.1.4 可配置性的衡量标准
5.1.5 配置的稳定性
5.2 数控系统的分层配置机制
5.2.1 层次化配置框架
5.2.2 功能扩展配置模型
5.3 数控系统的模板配置机制
5.3.1 可配置模板
5.3.2 技术实现
5.4 本章结论
全文结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和参加科研情况说明
致谢
发布时间: 2006-05-24
参考文献
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