基于Windows实时扩展的全软件数控系统程序结构设计

摘要

数控制造装备水平是国家综合实力的具体体现，提升数控制造装备水平是实现国家富强的必由之路。运动控制系统是数控系统的核心，而运动控制器是运动控制系统的大脑，对运动控制器的研究具有重要意义。
　　现在的数控系统一般采用“PC机+专用NC控制器”的结构模式，这种结构模式虽然也属于开放式数控系统的范畴，但是系统兼容性差、功能不易扩展、人机界面不灵活、缺乏通信和联网功能。新的发展方向是建立一种模块化可重构的柔性系统结构。
　　本文的研究对象为全软件式的数控系统，是基于Windows实时扩展的一种方法。与传统结构模式相比，主要优势在于所有实时和非实时的数据处理任务都由PC机执行，硬件部分只负责信号的转换与收发，结构相对简单，易于维护，并且不需要在PC机与NC控制器之间进行大量复杂的数据传输。
　　由于Windows操作系统是基于公平性的，各个任务在争用CPU资源时是平等的，满足不了数控系统实时任务运行时独占资源的要求，本文开发了一个实时内核，用于处理实时任务。实时内核运行于Ring0，优先级大于运行于Ring3的非实时任务，从而满足了数控系统对实时响应的要求。最后对接口进行了封装，以DLL的形式提供给用户调用，实现了模块化，用户可以不用了解内核细节，直接调用接口函数自己开发控制系统，实现了开放性。
　　经过试验验证，开发实时内核能够提高系统的实时性，满足数控系统对实时性和多任务的要求。

目录

基于Windows实时扩展的全软件数控系统 程序结构设计

The design of software CNC system based on windows real-time extension

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 数控系统的发展以及国内外研究现状

1.1.1 数控系统发展简史

1.1.2 国外研究现状

1.1.3 国内数控系统研究的发展过程及现状

1.1.4 开放式数控系统基本结构以及发展趋势

1.2 课题的研究目的及意义

1.3 本论文的主要工作

第二章 Windows环境下开放式CNC结构设计

2.1 数控系统体系结构

2.2 Windows实时扩展

2.2.1 Windows操作系统实时扩展的必要性

2.2.2 Windows实时扩展方法

2.2.3 Windows体系结构及实时扩展工具

2.3 小结

第三章 实时内核

3.1 定时器

3.1.1 Windows用户模式定时器

3.1.2 Windows内核定时器

3.2 实时内核实现

3.3 小结

第四章 PCI接口卡驱动程序

4.1 Windows 2000/xp驱动程序类别

4.2 Windows 2000/xp设备驱动框架

3.3 WDM驱动程序模型

4.4 设备和驱动程序的层次结构

4.5 PCI 驱动程序开发

4.5.1 GO卡简介

4.5.2 PCI驱动程序

4.6 小结

第五章 控制算法与插补等核心方法在平台的实现

5.1 插补

5.2 控制算法

5.2.1 控制对象模型

5.2.2 PID控制算法

5.2.3 自定义算法

5.3 小结

第六章 实验结果

6.1 实验结果

6.2 小结

结论

参考文献

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致 谢