基于全分布式數(shù)控系統(tǒng)的自治式控制單元及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵與核心技術(shù)，其水平高低已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。隨著PC技術(shù)的飛速發(fā)展，基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)得到快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，針對目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的不足，本文提出了基于全分布式數(shù)控系統(tǒng)的自治式控制單元概念，并對其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究： (1)在分析離線插補和全分布式數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出并定義了基于全分布式數(shù)控系統(tǒng)的自治式控制單元新思想：在PC中一次完成加工軌跡的數(shù)據(jù)插補，通過現(xiàn)場總

2、線將數(shù)據(jù)傳送至多個自治式控制單元，每個自治式控制單元只負(fù)責(zé)一個電機(jī)的檢測和控制，并實現(xiàn)位置環(huán)，速度環(huán)和電流環(huán)三環(huán)控制，各單元間采用時種同步方式實現(xiàn)多電機(jī)的實時同步連續(xù)控制。本文從自治式控制單元需求分析出發(fā)，提出并研究了自治式控制單元內(nèi)部功能模型和軟硬體系結(jié)構(gòu)。提出的基于全分布式數(shù)控系統(tǒng)的自治式控制單元結(jié)構(gòu)開放清晰，模塊化，具有靈活的組態(tài)功能。 (2)對全分布式數(shù)控系統(tǒng)中PC與自治式控制單元的數(shù)據(jù)通訊問題進(jìn)行了研究，分析了現(xiàn)場總線

3、通信模型和CAN總線特性，提出了基于CAN總線的自治式控制單元通訊解決方案，設(shè)計了全分布式系統(tǒng)CAN總線應(yīng)用層通訊協(xié)議，并重點研究了PC與自治式控制單元的通訊過程，在保證PC端發(fā)送數(shù)據(jù)比自治式控制單元使用數(shù)據(jù)速度快的條件下，分析了八個時間段控制單元緩沖區(qū)狀態(tài)，采用雙緩沖技術(shù)解決了系統(tǒng)通訊問題。 (3)針對自治式控制單元的新特點，將動態(tài)矩陣控制理論(DMC)應(yīng)用于自治式控制單元位置伺服控制，分析了控制單元DMC控制器參數(shù)設(shè)計步驟并

4、進(jìn)行了參數(shù)仿真。針對數(shù)控系統(tǒng)加工中模型參數(shù)和動態(tài)特性的變化的特點，將自校正思想引入到動態(tài)矩陣控制中，對DMC的參數(shù)變化進(jìn)行實時調(diào)整，并提出了STC-PID-DMC復(fù)合控制方案，并進(jìn)行了仿真驗證。 (4)根據(jù)以上研究結(jié)果，結(jié)合自治式控制單元內(nèi)部功能模型、硬件軟件結(jié)構(gòu)，以嵌入式系統(tǒng)開發(fā)為基礎(chǔ)，開發(fā)了以ARM處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)，開發(fā)了核心板和接口板雙層結(jié)構(gòu)硬什電路，設(shè)計了系統(tǒng)啟動程序、驅(qū)動層軟件、應(yīng)用層軟件，分析了定時、中斷和通