开放式数控系统研究

论文摘要

随着数控技术的飞速发展,数控技术渗透到制造业的每一个角落,迫切需要有研制周期短、成本低、易于扩展、便于维护的开放式数控系统在各种制造设备上应用。本课题主要研究用运动控制器、伺服驱动器、伺服电动机、工业控制计算机等构建开放式数控系统,组成一个开放的、可扩展的和廉价的开放式数控平台,可以基于本系统平台进行二次开发,扩展数控系统现有功能。本文介绍了用工业控制计算机+运动控制器形式的开放式数控系统的构成和实现,并建立了运动控制器的基本库函数,实现了数控系统的直线插补和圆弧插补功能。本文分析了间隙补偿和螺距误差补偿原理,设计了间隙补偿和螺距误差补偿功能模块。在以上基础上,实现了支持四轴联动的数控系统的集成。本系统还设计了数控仿真模块,可以对数控程序进行轨迹仿真。系统软件采用模块化设计,具有开放性和可扩展性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 数控技术的产生和发展
• 1.2 数控技术研究的现状及发展趋势
• 1.3 开放式数控系统
• 1.3.1 开放式数控系统概述
• 1.3.2 开放式数控系统与传统数控系统之比较
• 1.3.3 开放式CNC的优越性
• 1.3.4 开放式数控系统的模式
• 1.3.5 几种典型的开放式数控系统
• 1.3.6 开放式数控系统的发展趋势
• 1.4 本课题的背景及意义
• 1.4.1 课题的背景
• 1.4.2 课题的意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 数控系统总体结构设计
• 2.1 系统的设计原则和关键问题
• 2.1.1 设计原则
• 2.1.2 关键技术
• 2.2 系统的总体结构
• 2.2.1 硬件结构
• 2.2.2 软件结构
• 第三章 运动控制器
• 3.1 GT系列运动控制卡
• 3.2 DSP（数字信号处理）
• 3.3 FPGA（现场可编程门阵列）
• 3.4 运动控制器与数控系统
• 第四章 运动控制器基本库函数
• 4.1 控制系统初始化
• 4.1.1 行程开关触发电平
• 4.1.2 编码器方向
• 4.1.3 伺服周期与定时中断时间
• 4.1.4 设置数字伺服滤波参数
• 4.2 单轴运动
• 4.2.1 运动控制模式选择及相应运动参数选择
• 4.2.2 单轴运动停止
• 4.2.3 断点参数自动刷新
• 4.2.4 轴状态寄存器
• 4.2.5 轴模式寄存器
• 4.3 gh多轴协调运动
• 4.3.1 坐标映射
• 4.3.2 坐标系运动轨迹设置
• 4.3.3 多段坐标系轨迹连续运动实现
• 4.3.4 坐标系运动命令存入缓冲区
• 4.3.5 关闭缓冲区
• 4.3.6 再次打开缓冲区
• 4.3.7 启动和停止缓冲区中的坐标系运动命令
• 4.4 Home/Index高速捕捉
• 4.5 安全机制及相应处理
• 4.5.1 控制轴运动错误监测及状态恢复
• 4.5.2 控制轴驱动报警处理
• 4.5.3 限位状态处理
• 第五章 CNC系统的软件补偿
• 5.1 直线补偿
• 5.2 圆弧补偿
• 第六章 开放式数控系统软件
• 6.1 系统结构组成
• 6.1.1 数控系统软件的多任务并行处理
• 6.1.2 数控系统软件结构
• 6.1.3 本系统软件结构
• 6.2 系统软件设计
• 6.2.1 多轴控制模块
• 6.2.2 中断的实现
• 6.2.3 人机交互模块
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A