基于RTX的数控系统内核的研究

摘要

数控技术的发展是制造业发展的推动力，传统的数控系统通常采用封闭式的系统结构，系统的软硬件不易扩展，兼容性比较差，并且专用系统的技术垄断也阻碍了技术的交流和进步，针对这些问题，开放式数控系统结构被提出。开放式数控系统的主要设计目标是构建通用的、软硬件结构模块化、方便用户增删和扩展的数控系统平台，各国都相继对开放式数控系统设计进行了研究，我国在此方面的研究相对滞后。
　　本文首先对开放式数控系统的体系结构进行了研究分析，以PC机和实时操作系统作为构建开放式数控系统的基础，硬件结构采用当前几种研究方案中的PC+运动控制卡的形式。在操作系统的选择上，为达到开放式数控系统通用性目的，采用了Windows操作系统，针对Windows操作系统的弱实时性，使用美国Ardence公司的RTX扩展包对其进行了扩展，在对于RTX实时扩展策略进行分析的基础上对扩展后的系统进行了实时性能测试。扩展后的Windows操作系统就是本数控系统的开发和运行平台。
　　构建完成RTX系统平台后，对数控系统的功能需求和其中的关键技术进行了深入研究分析，根据系统的功能将数控系统划分为人机界面、插补处理、位置控制、管理调度、译码、PLC控制等几个模块，其中插补、位控和管理调度为整个数控系统的内核。在此基础上详细讲述了数控系统内核的设计和实现，本系统中采用多线程技术实现数控系统插补、位控等多个任务的并发执行，在主加工流程中使用有限状态机对加工过程进行控制。最后，搭建了简单的实验平台对本系统进行了测试并对本文的工作进行了总结和展望。
　　本文对基于PC的开放式数控系统的深入研究和设计实现，是对开放式数控技术的一次探索，为数控系统的开发提供了一定的实践经验。

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第一章 前言

1.1 课题研究背景及意义

1.2 开放式数控系统概述

1.3 本课题主要完成的工作

第二章 Windows 扩展包 RTX 的研究

2.1 Windows 操作系统的介绍

2.2 RTX 对 Windows 的实时扩展效果研究

2.3 RTX 的实时性能测试

2.4 本章小结

第三章 基于 RTX 的数控系统的软硬件平台设计

3.1 基于 RTX 的数控系统硬件结构分析

3.2 PC/104 嵌入式单板计算机介绍

3.3 运动控制卡介绍

3.4 系统硬件配置

3.5 系统软件平台设计

3.6 本章小结

第四章 基于 RTX 的数控系统内核的研究与设计

4.1 数控系统内核完成的功能

4.2 数控系统内核模块的划分

4.2 系统模块关系图

4.4 数控系统内核的关键技术的研究

4.5 本章小结

第五章 数控系统内核的实现

5.1 系统初始化

5.2 管理调度模块

5.2 插补处理模块

5.3 位控模块

5.4 数控系统内核的测试

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

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