基于嵌入式数控系统速度前瞻算法的研究与实现
嵌入式数控系统关键技术研究与实现
数控 系统 的多任 务 、 实时控 制要 求 ， 就成 为 实现开 放
的嵌 入式数 控 系统 的关键技 术 。
１ Ｒ — ｉｕ Ｔ Ｌ ｎ ｘ强 实 时 性 及 多任 务 实 现
嵌入式操作 系统能实 现软硬资源 的分 配 、 任务 调 度、 控制协调并发活 动 、 程之 间的通信等 功能 ， 开 进 是 发和运行嵌入式数控 的平 台。数控 系统 中位置控 制 、 插补等任务 的实现要求操 作系统必 须具有 强实 时性 ； 另外多个数控任务在一段 宏观的 时间 内要求 同步 ， 这 要 求操作 系统支持 多任 务调度和 中断 响应 。 Ｌｎ ｘ ｉ 操作 系统 支持分 时 多任务 ， ｕ 具有 一定 的 实 时性 ， 而且 因为其开放源 代码 ， 功能可 裁减 ， 壮而且 健 效 率高 ， 嵌入式领域得 到广 泛的应用 。但是 它的分 在 时调度策 略和 内核线 程 的不 可 抢 占性 使 其不 符 合数 控 任务强 实 时性要 求 。对 Ｌｎ ｘ强 实 时 性改 造 有 ２ ｉ ｕ 种 方式 ： １直 接修改 Ｌｎ ｘ内核而具 有 强实 时性 ； 第 ， ｉｕ 第 ２ 重新编写一个 简单 的实时 内核 ， ， 和原 Ｌｎ ｘ内核 ｉｕ 共 同构成 混合体系结构来 实现 。Ｒ － ｉ ｘ Ｔ Ｉｎ 采用第 ２ ｕ
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基于嵌入式技术的机床控制系统性能优化方法研究
基于嵌入式技术的机床控制系统性能优化方法研究随着工业自动化水平的提高，嵌入式技术在机床控制系统中起着越来越关键的作用。
机床控制系统的性能优化对于提高加工效率、保证加工质量和降低生产成本具有重要意义。
本文将从嵌入式技术的角度出发，研究机床控制系统的性能优化方法。
首先，嵌入式技术在机床控制系统中的应用是优化性能的基础。
嵌入式技术的特点是小型化、低功耗、高性能和可靠性。
在机床控制系统中，嵌入式技术可以提供高速的数据处理能力、精确的控制精度以及稳定可靠的运行环境。
因此，机床控制系统可以通过采用嵌入式技术来提高性能。
其次，通过优化控制算法可以提高机床控制系统的性能。
控制算法的优化是提高机床控制系统性能的关键。
在机床控制系统中，常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
通过对控制算法的优化，可以提高机床的加工精度和控制稳定性。
例如，在PID控制算法中，可以通过调整比例、积分和微分增益来优化系统响应速度和稳定性。
同时，可以通过引入自适应控制算法或者模糊控制算法来提高机床的控制精度。
另外，优化硬件设计可以提高机床控制系统的性能。
机床控制系统的硬件设计直接影响系统的性能。
在硬件设计中，可以通过选择合适的处理器、存储器和外设来提高系统的计算能力和数据处理能力。
同时，可以通过优化硬件电路的布局和时序设计来提高系统的响应速度和稳定性。
此外，优化电源设计和加强系统的抗干扰能力也可以提高系统的稳定性和可靠性。
此外，优化软件设计可以提高机床控制系统的性能。
机床控制系统的软件设计可以通过提高代码的执行效率和优化任务调度算法来提高系统的性能。
在软件设计中，可以采用基于实时操作系统的任务调度算法来提高多任务的执行效率。
同时，可以利用代码优化技术如循环展开、指令重排等来提高代码的执行效率。
此外，通过合理的软件结构和模块化设计，可以降低系统的复杂度，提高系统的可维护性和可扩展性。
最后，通过合理的系统集成和测试可以提高机床控制系统的性能。
《基于龙芯的嵌入式数控系统平台的研究与开发》
《基于龙芯的嵌入式数控系统平台的研究与开发》一、引言随着科技的不断进步，数控系统在制造业中扮演着越来越重要的角色。
作为嵌入式系统的重要应用之一，数控系统对处理器性能的要求极高。
而龙芯处理器作为我国自主研发的芯片，具有高性能、低功耗等特点，因此非常适合用于嵌入式数控系统平台的开发。
本文旨在研究并开发基于龙芯的嵌入式数控系统平台，以实现高精度、高效率的数控加工。
二、龙芯处理器及其特点龙芯处理器是我国自主研发的一款高性能、低功耗的处理器，具有自主知识产权。
其特点包括：1. 自主可控：龙芯处理器的研发完全自主，不受国外技术限制。
2. 高性能：龙芯处理器在性能上可与国外同类产品相媲美，甚至在某些方面具有优势。
3. 低功耗：龙芯处理器采用先进的制程和低功耗设计技术，有效降低了功耗。
4. 丰富的接口：龙芯处理器具有丰富的接口资源，便于与其他设备进行连接和通信。
三、基于龙芯的嵌入式数控系统平台设计1. 总体设计基于龙芯的嵌入式数控系统平台主要包括硬件和软件两部分。
硬件部分包括龙芯处理器、存储器、接口电路等；软件部分包括操作系统、数控系统软件等。
整体设计需考虑系统的稳定性、实时性、可扩展性等因素。
2. 硬件设计硬件设计主要包括处理器选型、电路设计、接口设计等。
在处理器选型上，需根据实际需求选择合适的龙芯处理器型号。
电路设计需考虑功耗、稳定性等因素；接口设计需满足与外部设备的连接需求。
3. 软件设计软件设计主要包括操作系统、数控系统软件的设计与开发。
操作系统需具备实时性、稳定性等特点，以支持数控系统软件的运行。
数控系统软件需具备高精度、高效率的加工控制算法，以及友好的人机交互界面。
四、关键技术及实现方法1. 数控算法的研究与实现数控算法是数控系统的核心，直接影响到加工精度和效率。
因此，需对数控算法进行深入研究，并采用合适的实现方法，如优化算法、插补算法等，以提高加工精度和效率。
2. 操作系统的定制与优化为满足数控系统的实时性、稳定性等要求，需对操作系统进行定制与优化。
《高性能嵌入式数控系统算法优化机制的研究与开发》
《高性能嵌入式数控系统算法优化机制的研究与开发》一、引言随着现代制造业的快速发展，数控系统作为工业自动化领域的重要一环，其性能的优劣直接影响到生产效率和产品质量。
高性能嵌入式数控系统作为数控系统的核心组成部分，其算法优化机制的研究与开发对于提高系统性能具有十分重要的意义。
本文旨在研究高性能嵌入式数控系统的算法优化机制，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、高性能嵌入式数控系统概述高性能嵌入式数控系统是一种集成了高性能处理器、高精度传感器、高效率控制算法等技术的数控系统。
它具有高精度、高速度、高可靠性的特点，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车制造等领域。
然而，随着工业自动化程度的不断提高，对数控系统的性能要求也越来越高，因此，对高性能嵌入式数控系统的算法优化机制进行研究与开发显得尤为重要。
三、算法优化机制研究1. 算法选择与改进针对高性能嵌入式数控系统的特点，选择合适的控制算法是提高系统性能的关键。
目前，常用的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
针对这些算法，我们进行了深入研究，分析了它们的优缺点，并根据实际需求进行了改进和优化。
2. 实时性优化实时性是高性能嵌入式数控系统的重要性能指标之一。
为了满足实时性要求，我们采用了多线程技术、中断处理技术等手段，对算法进行了实时性优化。
同时，我们还对系统的硬件资源进行了合理分配，确保了系统在运行过程中能够快速响应外部指令。
3. 鲁棒性优化鲁棒性是指系统在面对外部干扰和内部参数变化时能够保持稳定性的能力。
为了提高系统的鲁棒性，我们采用了自适应控制技术、鲁棒控制技术等手段，对算法进行了优化和改进。
这些技术可以根据系统的实际情况进行自我调整，确保系统在面对各种复杂情况时能够保持稳定运行。
四、算法优化机制开发在算法优化机制研究的基础上，我们进行了相关开发工作。
首先，我们设计了一套完整的开发流程，包括需求分析、算法选择与改进、实时性优化、鲁棒性优化等环节。
嵌入式控制系统在机床自动化变速驱动中的应用研究
嵌入式控制系统在机床自动化变速驱动中的应用研究嵌入式系统是一种专门用于控制和管理特定设备的计算机系统。
它被广泛应用于各种领域，包括机床自动化变速驱动。
本文将探讨嵌入式控制系统在该领域的应用研究，并分析其优势和挑战。
一、嵌入式控制系统的概述嵌入式控制系统是一种专门设计用于特定任务的计算机系统。
它通常由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、存储器、输入输出接口等；软件部分则包括操作系统和各种应用程序。
嵌入式系统通常具有体积小、功耗低、可靠性高等特点，非常适合于嵌入到设备中进行控制和管理。
二、嵌入式控制系统在机床自动化变速驱动中的应用1. 实时控制能力嵌入式控制系统具有很强的实时控制能力，能够快速响应各种控制指令。
在机床自动化变速驱动中，嵌入式系统能够准确控制变速器的转速和变速比，实现精确的工件加工要求。
同时，嵌入式系统还能够根据工件的材料和形状，自动调整变速驱动系统的参数，以实现最佳的加工效果。
2. 稳定性和可靠性嵌入式控制系统在机床自动化变速驱动中的应用，通常要求系统具有很高的稳定性和可靠性。
嵌入式系统可以通过不断监测和诊断来检测故障，及时进行修复和保护。
同时，嵌入式系统还可以与其他控制系统进行通信，实现集中式监控和管理，提高系统的稳定性和可靠性。
3. 节能和环保嵌入式控制系统在机床自动化变速驱动中的应用，可以实现对能源的优化利用。
通过高效的控制算法和智能调控，可以最大限度地减少能源的浪费，降低系统的能耗。
此外，嵌入式系统还能够实现对废气排放和噪声等环境污染的控制和治理，提高机床自动化变速驱动的环境友好型。
三、嵌入式控制系统应用中的挑战尽管嵌入式控制系统在机床自动化变速驱动中具有很多优势，但也面临一些挑战。
首先，嵌入式系统的设计和开发需要深厚的专业知识，需要工程师具备丰富的经验和技术能力。
此外，嵌入式系统还需要与其他控制系统进行集成，这就要求工程师具备良好的合作和沟通能力。
最后，嵌入式系统的维护和更新也是一个复杂的任务，需要工程师时刻保持对新技术的学习和了解。
《基于龙芯的嵌入式数控系统平台的研究与开发》
《基于龙芯的嵌入式数控系统平台的研究与开发》一、引言随着现代制造业的飞速发展，数控技术作为智能制造的重要组成部分，已广泛应用于各种工业领域。
其中，基于嵌入式系统的数控系统平台因具有高性能、低功耗等优点，成为当前研究的热点。
龙芯系列处理器作为我国自主研发的CPU，具有自主可控、安全可靠的特点，将其应用于嵌入式数控系统平台中，对于提升我国数控技术的自主创新能力具有重要意义。
本文旨在研究并开发基于龙芯的嵌入式数控系统平台，以期为我国的数控技术发展做出贡献。
二、龙芯处理器及其在嵌入式系统中的应用龙芯处理器是我国自主研发的CPU，具有自主可控、安全可靠的特点，且在性能上已逐渐接近国际先进水平。
将其应用于嵌入式系统中，可以有效提高系统的自主创新能力和安全性。
在数控系统平台中，龙芯处理器可负责数据的处理、控制算法的执行以及与外部设备的通信等任务，从而实现对数控机床的精确控制。
三、基于龙芯的嵌入式数控系统平台的开发（一）总体架构设计基于龙芯的嵌入式数控系统平台包括硬件和软件两部分。
硬件部分主要由龙芯处理器、存储器、输入输出设备等组成，软件部分则包括操作系统、数控系统软件等。
总体架构设计需考虑到系统的实时性、稳定性以及扩展性。
（二）硬件设计硬件设计是嵌入式数控系统平台的基础，主要包括处理器选型、电路设计、功耗控制等方面。
在处理器选型上，应考虑到龙芯处理器的性能、功耗以及价格等因素。
在电路设计上，需保证系统的稳定性和可靠性。
同时，还应采取有效的功耗控制措施，以降低系统的能耗。
（三）软件设计软件设计是嵌入式数控系统平台的核心部分，主要包括操作系统、数控系统软件等。
在操作系统方面，需选择适合龙芯处理器的嵌入式操作系统，以实现系统的实时性和稳定性。
在数控系统软件方面，需开发出具有自主知识产权的数控编程软件、数控加工仿真软件等，以实现对数控机床的精确控制。
四、实验与分析为了验证基于龙芯的嵌入式数控系统平台的性能和效果，我们进行了大量的实验和分析。
基于嵌入式技术的数控系统开发设计
第39卷第12期2006年12月天津大学学报Journal of T ianj i n Un iversityV o.l39No.12D ec.2006基于嵌入式技术的数控系统开发设计*王太勇,王涛,杨洁,许爱芬,赵丽,李波,胡世广(天津大学机械工程学院,天津300072)摘要:针对基于PC的数控系统的不足,提出了基于嵌入式微控制器和嵌入式实时操作系统的数控系统开发设计的新方法,旨在增强数控系统运行的稳定性和任务调度的实时性.设计了以M C68F375和M CX314为双CPU架构的硬件开发平台,规划出了基于Vx W o rks的层次化软件结构体系和任务调度运行机制,设计了一种引导型的二次开发平台的理论模型,在此基础上设计出了TDN C M4数控系统的原型机,并将其应用于四轴加工中心TDN C-M40A的设计上,探索出一条数控系统开发设计的新途径.关键词:嵌入式系统;数控系统;微控制器;实时操作系统中图分类号:TP273;TG659文献标志码:A文章编号:0493-2137(2006)12-1509-07Desi gn of CNC Syste m Based on Embedded TechnologyWANG Ta-i yong,WANG Tao,YANG Jie,XU A-i fen,Z HAO L,i LI Bo,HU Sh-i guang (Schoo l o fM echan ical Eng i neer i ng,T ian ji n U niversity,T ian ji n300072,Ch i na)Abstract:A m i ing at the disadvanta ges of CNC syste m based on personal co m puter,a m ethod for the desi gn of co mputerized numerical c ontr o l(CNC)syste m based on e m bedded m icrocontr o ller unit(M CU)and rea-l tm i e operati ng syste m(RTO S)is pr oposed to m i prove the r unning stability and task-dispatc h rea-l tm i e mec ha n is m of CNC syste m.The hardware devel opm e nt platfor m of double-CPU fra me wor k is desi gned w ith M C68F375and M CX314,t he soft ware layer-structure syste m a nd task-dispatc h mec hanis m on the basis of Vx W orks are planned,the theoretical model of a gui d i ng second-develop m ent platfor m is advance d.And the n the CNC sys-te m pr ototype TDNC M4is desi gned,whic h is applied in four-ax ism achi n i ng center TDNC-M40A.K eywords:e mbedded syste m;c o mputerized nu m erical contr o l syste m(CNC syste m);m icr ocontroller;rea-l tm i e operati ng syste m目前,基于PC的开放式数控系统是数控技术开放式架构的主要实现方式,这种实现方式主要是考虑利用工业PC丰富的系统资源和业已标准化的接口来简化数控系统的设计,降低数控系统开发的技术难度,并使设计出的数控系统具有一定的开放性[1)2],但这种体系结构也存在很大的局限性,主要体现为:①系统实时性和稳定性较差,基于PC的数控系统的操作系统多采用通用操作系统,与RTOS相比,其在任务调度的实时性和系统运行的稳定性上都比较差[3];②系统的开放性有限,无论是PC嵌入NC的结构,还是NC 嵌入PC的结构,其开放性特征都是基于PC固有的开放特征,没有针对数控加工的特点而进行单独的定义[4)5];③工控机模式数控系统的成本太高,一台能满足数控加工要求的计算机至少需要投资数千元再配上价格昂贵的运动控制卡,使得成本很难降低[6].另一方面,进入20世纪90年代以来,嵌入式计算机应用技术获得了飞速发展.各种高性能的嵌入式微控制器MC U层出不穷,与以前相比,嵌入式微控制器的CP U运算速度大大提高,处理数据宽度不断加大,更重要的是片上集成资源越来越丰富;与此同时,出现了很多高效率、高可靠性和高稳定性的内核可裁减的嵌入式实时操作系统(RTOS),如Vx W orks、L C/OS-Ⅱ等,这就使嵌入式系统在生活和生产的很多领域都得到了广泛的应用,如汽车工业、宇航工业等.基于以上*收稿日期:2006-02-17;修回日期:2006-08-25.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50475117);天津市应用基础研究计划重点项目(05YFJZJ C01800).作者简介:王太勇(1962)),男,博士,教授,t yw ang@t dm e.tj .分析,笔者提出在数控系统的设计中采用嵌入式技术,即基于微控制器的嵌入式数控系统,这种设计方案的优势在于:①市场上可供选择的嵌入式微控制器种类繁多,片上资源丰富,针对不同的应用,其片上集成资源有很大不同,完全可以选择一种片上资源和运算速度都相对非常适合数控系统设计的MCU和DSP来构建数控系统的硬件平台,这种硬件平台的设计可以使系统集成度更高,体积更小,运行更稳定;②数控系统的运行是一个多任务的调度过程,特点是运行任务相对较少,但实时性要求很强,不存在冗余的任务,而采用RTOS作为嵌入式数控系统的操作系统,将使数控系统拥有更好的多任务调度能力和更强的实时性;③嵌入式数控系统的开发是一个从底层硬件到上层软件的独立开发过程,可以针对当今数控系统特点和开放性的特征要求,根据嵌入式系统的特点,来构建适合于嵌入式应用的数控系统开放式架构,与基于PC的数控系统相比,它将有更好的稳定性和开放性.1基于M CU+DS P双CPU架构的硬件平台搭建根据数控系统多任务的运行特征,针对系统任务运行实时性的特殊要求,以及嵌入式系统的特点,文中采用MCU+DSP的双CPU架构来构建嵌入式数控系统的硬件平台.MC U的主要功能是负责运行系统中与管理相关的任务,是系统的主控制CPU;而DSP主要负责运行插补运算等运算量较大、对任务的实时性要求较高的任务,专用于繁重的插补运算,减轻主控制CPU的负担.本数控系统的设计,M C U选用MOTORO-LA公司生产的MC68K系列的M C68F375[7]微控制器,DSP则选用NOVA生产的DSP运动控制专用芯片M CX314[8].1.1嵌入式微控制器MC68F375简介MC68F375是由MOTOROLA公司推出的高速32位微控制器,它具有速度快、并行处理能力强和片上资源丰富等特点,适用于各种控制场合.芯片支持BD M (background debug m ode)模式,通过简易的专用电缆接口,可以直接对微控制器系统进行仿真开发;也可采用全功能的在线仿真器进行实时开发.同时, M C68F375非常适合运行多用户、多任务操作系统,使其更容易做到不死机.MC68F375的片上资源主要包括:系统集成模块(SI M);8KB掉电保护SRAM;8KB掩模RO M;10位队列式的模数转换器(QADC64),16路A/D转换模块具有强大的数模转换控制功能;队列式串行通信模块(QSMC M),可以方便地实现同步、异步通信功能;可构造时钟模块(C TM4),具有多种强大的定时、计数和脉冲调制功能;时间处理单元(TPU),分辨率高达250 ns,可对各种事件进行快速的智能处理,同时集成P WM算法及各种输入捕捉算法;CAN控制模块(Tou-C AN),能方便地实现工业自动化等场合的现场总线控制[7].1.2DSP专用运动控制芯片MCX314简介MCX314是NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片,性能优良,接口简单,编程方便,工作可靠,可广泛用于数控机床及机器人等领域的运动控制.芯片能与8位或16位数据总线接口,通过命令、数据和状态等寄存器实现4轴3联动的位置、速度、加速度等的运动控制和实时监控,实现直线、圆弧和位元3种模式的轨迹插补,输出脉冲频率最高达4MH z.每轴都有伺服反馈输入端、4个输入点和8个输出点,能独立设置为恒速、线性或S曲线加/减速控制方式,并有2个32位的逻辑、实际位置计数器和状态比较寄存器,实现位置的闭环控制[8].与通用DSP相比,MCX314更适合数控系统的设计,是一种专用的运动控制芯片,主要表现在3方面:①插补算法(三轴直线、平面圆弧和位模式插补)、运动控制和位置控制主要由硬件来实现,主控制CPU通过接口对MCX314进行相应的工作方式、速度和加速度的设置,然后将运动的起点和终点传送给MCX314,之后不再需要主控制CPU的干预就能自动完成从起点到终点的插补运动控制,减少了运行过程中与主控制CP U频繁的数据交换,也减少了相应软件的设计,缩短数控系统的开发研制周期,且能提高系统的运行速度;②片上集成有专用于运动控制的I/O接口,如硬件限位、急停等,可简化数控系统的硬件设计,提高系统运行的稳定性;③与主控制CP U之间的通讯简单,易于协调,对主控制CPU来说,M CX314更像是一个外围功能芯片,通过设置一定的地址和读写控制字就能实现对MCX314的控制.1.3嵌入式数控系统硬件平台的搭建图1为本文研究的嵌入式数控系统硬件平台模块图,以M C68F375和M C X314为硬件平台的核心,根据数控系统的功能特点和工作特性要求,分别扩展了如下多种功能模块.(1)扩展FLAS H模块,MC68F375片上集成有8K 字节的掩模ROM,但这对于数控系统的运行是远远不够的,必须进行片外扩展.在系统设计中,主要是在片外扩展了2片512K字节的FLAS H,主要用于存储系统运行所需的程序代码,语言字库,需要断电和长期保存的系统参数、刀具参数、补偿参数、机床参数以及#1510#天津大学学报第39卷第12期图1嵌入式数控系统硬件平台模块F ig.1H ardware p latfor m m odu le of embedded CNC syste m数控加工程序等.(2)扩展RAM模块,虽然M C68F375片上集成有8K字节的SRAM,但由于数控系统不同于小型的嵌入式系统,在运行过程中需要有充足的RAM空间,特别是由于运算和RTOS的多任务调度以及文件系统的运行都将产生大量的堆栈、全局变量和局部变量,而且由于系统内置软PLC(PLC的内部继电器R、定时器T和计数器C)的运行也将占用一部分RAM空间,因此在数控系统设计时,在片外扩展了2片512K字节的静态高速RAM,用于扩展RAM空间,增强系统的运行效率和实时性.(3)时钟控制模块,也就是日历系统,需要在系统断电时能够长时间的保持日历的工作状态.当系统工作时,进行到文件相关操作时,如在数据传输或用户在对系统进行编程、二次开发时,都需要数据以文件的形式进行存储或传输,需要记录下文件编写的日期,以便文件系统的管理.(4)LCD控制模块,主要用于完成液晶显示的控制刷新和与CPU32的数据交换,将机床的当前状态、系统信息、坐标信息、参数信息和图形仿真信息等通过LCD向用户显示出来,属人机交互的一部分.(5)键盘控制模块,它是数控系统交互的重要环节,键盘扩展电路有多种实现方式,设计采用CPLD来实现专用键盘接口芯片的设计方案,这种设计方案,既保证了设计的通用性和灵活性,同时所有的键值判断等可通过CPLD编程来实现,最大限度节省了M C68F375的资源.(6)数据采集模块,当今的数控系统越来越重视对现场加工条件和机床工作状态的实时监控和诊断[9],本系统数据采集模块设计主要是基于M C68F375片上集成的16路QADC,外加抗混滤波单元和信号调理单元.(7)主轴控制模块,由D/A控制芯片和编码器反馈高速输入口组成,能够完成对单极性和双极性模拟变频主轴的控制.(8)网络通讯模块,为了适应数控系统网络化的发展趋势[10]和数控机床远程控制和远程诊断的发展需要,设计采用R ea ltek公司的10M bps网络通讯芯片RTL8019进行系统网络接口模块的设计,为机床的网络化提供了硬件基础.(9)CAN总线接口,主要由C AN总线收发器和光藕元件组成,与MC68F375片上集成的TouC AN模块一起构成数控系统CAN总线通讯功能的硬件基础.(10)BDM调试接口,用于数控系统的开发调试阶段,在上位计算机上,开发人员通过B DM可方便地对数控系统进行开发调试.(11)COM串行接口,主要利用M C68F375片上集成的QS M的SC I子模块,外加芯片驱动电路(如MAX238等),构成数控系统与个人计算机之间串行通讯的硬件基础.(12)I/O接口,主要完成内置PLC对外部机床电气的控制,电机控制输出和其他功能模块的对外输出,由驱动元件、继电器元件和光耦隔离元件等组成.通过上面对嵌入式数控系统硬件框架的搭建和各个硬件功能模块的分析可知,本文设计的嵌入式数控系统除保留了传统数控系统的功能外,特别加入了数据采集模块、网络通讯模块和CAN总线通讯模块,通过这3个模块,设计出的数控系统能很方便地实现与现场其他设备的总线连接和网络通讯,更易于实现数控设备的远程诊断、监控以及网络化和数字化制造.2基于RTOS的嵌入式数控系统软件平台的研究以前的数控系统的软件结构设计通常通过一个无限循环来判断任务的标志量,通过中断(定时中断和键盘中断)来激活新的任务,进入固定的任务中断程#1511#2006年12月王太勇等:基于嵌入式技术的数控系统开发设计序入口,来实现任务的调度.在这种单任务且无任务运行环境调度方式下,系统的大多数时间被任务等待的无限循环占据了,在任务处理的过程中,其他的同等级的任务无法使用CP U 的资源,无法进行任务之间有效的上下文切换,导致了系统的实时性十分不可靠.同时,如果任务在执行过程中需要等待信号,或延时信号处理,当这种延时不可预计的情况下,就可能占据大量的系统时间,就会造成对系统资源的大量浪费,导致无法响应更紧急的任务,这种无限的等待情况会导致许多不可预计的后果.针对单任务系统的软件架构的不足,本设计在数控系统软件构建中引入基于Vx W o r ks 嵌入式实时多任务操作系统(RTOS )作为系统的任务调度基础.2.1 嵌入式实时操作系统Vx W orks 特点简介Vx W orks 操作系统是美国W indR iver 公司设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS)[11)12].系统具有如下特点:①内核可裁剪,具有极好的伸缩性;②成熟高效的任务调度机制,支持优先级和时间片轮番调度法;③任务间通讯手段灵活快速,支持信号量、消息队列和互斥等多种通信方式;④丰富的板级支持软件包(BSP),缩短了系统开发周期,减少了开发的工作量;⑤强大的网络开发支持,简化了网络开发的工作,系统集成TCP /I P 协议的支持;⑥支持多种文件系统;⑦具有集成开发环境TORNADO 的支持,界面友好,能够对系统的任务调度和占用的时间片进行实时监控,提高系统的利用率,充分发挥系统性能;⑧功能可扩展,根据千变万化的嵌入式应用,除提供基本的内核功能外,还可以根据需要加入功耗控制、嵌入式文件系统、嵌入式GU I 系统和嵌入式数据库,用户也可以根据自己的需要利用Vx W orks 的功能扩展接口,开发出自己的功能;⑨内核可剥夺性,即当前系统总是运行就绪状态下优先级最高的任务.2.2 基于Vx W orks 的嵌入式数控系统层次化软件体系结构设计 本文设计的嵌入式数控系统的层次化软件体系结构如图2所示,它由以下3部分组成.(1)底层硬件驱动层.硬件驱动程序的主要功能是为上层软件提供良好的函数调用接口,完成对系统硬件资源的抽象,屏蔽掉底层的硬件细节.通过抽象底层硬件的物理行为,使上层用户实现对硬件功能的调用.硬件驱动程序单独分层的编程思想为系统的升级提供了良好的条件,当系统硬件设计发生变化时,上层软件不用做过多的修改,仍可以通过原有的接口实现硬件的调用,只需要修改底层驱动就可以了.另外,硬件驱动程序的提出能够方便项目开发,软硬件协同进行设计.(2)实时操作系统层.设计采用了实时性操作系统Vx W orks 作为系统任务调度与开发平台,本层的主要功能是处理由外部或内部事件引发的中断、设备驱动层的激活以及执行任务的调度.(3)系统应用层.它是在Vx W orks 的基础上,通过对Vx W orks 的接口函数的系统调用,实现系统的具体的应用功能,如交互模块、控制模块等.在本设计中,各种任务以应用程序的形式集合在应用层,服务于不同的功能模块.Vx W roks 根据每个任务的要求,进行资源管理,对MC68F375、M CX314、存储器和外设的资源进行合理分配,实现消息管理、任务调度和异常处理等工作.在Vx W orks 的支持下,每个任务都被分配一个优先级,根据优先级别的高低,动态切换各个任务,以保证实时性要求.图2 基于Vx W orks 的嵌入式数控系统软件体系结构Fig .2 Software arch itecture of e mb edded CNC system based on Vx W orks#1512#天 津 大 学 学 报 第39卷 第12期可以看出,设计采用分层型模块化软件结构和实时性操作系统相结合的软件设计方案,这种设计方法的优势在于可以实现软硬件设计的并行开发,Vx -W or ks 作为系统的硬件驱动层与应用层之间的桥梁,使应用层的函数调用完全屏蔽掉了硬件细节,层与层之间只需要通过定义好的接口函数进行通讯,使得上层的软件开发不必顾虑硬件设计.这种软件设计模式,实际上是软硬件交叉进行、并行设计的过程,在设计的开始阶段,通过软硬件的协商,定义系统的总体设计方案,一旦系统的体系结构设计完成,软硬件设计就可以独立进行了.等软硬件设计完成后,再集成一体进行集成测试,使系统的开发周期缩短到最小,极大地提高了嵌入式系统的开发效率.2.3 基于Vx W orks 的数控系统多任务调度机制的实现2.3.1 数控系统中任务的划分数控系统是一个专用性很强的多任务调度运行系统,按照任务运行实时性强弱的划分方法,一般将数控系统的任务划分为管理任务和控制任务2大类.如图3所示,其中控制类任务的工作与数控加工直接相连,对实时性要求高,而管理类任务的工作对实时性的要求相对较低.系统的控制任务又可细分为位置控制、轨迹插补、指令译码、I /O 控制、误差控制、状态实时监控与故障诊断等子任务;系统的管理任务则包括人机交互管理、显示管理、数据管理、通信管理和网络管理等子任务.而且,在实际的开发设计中可根据需要对各个子任务进行进一步细分,形成一个任务集合,任务集合中的任务都必须根据外部事件及时被激活运行,同时结合具体的加工情况,由V x W orks 统一调度,动态地对任务进行优先级控制,以适应不同加工任务的要求.当有高优先级的任务进入任务列表时,内核通过优先级抢占调度方式切换到高优先级的任务;当同等优先级的多个任务进入任务列表时,内核通过时间片轮转调度法实现多任务的并发控制.图3 数控系统中任务的划分F ig .3 T as k division of CNC syste m2.3.2 数控系统中多任务调度机制的实现图3中划分出的数控系统任务由Vx W o r ks 进行统一调度,由前面分析可知Vx W orks 支持优先级和时间片轮番调度法,现将图3中的控制任务按照优先级由高到低的顺序排列如下:位置控制、轨迹插补、误差控制、I /O 控制、指令译码、实时监控、故障诊断;而管理任务的优先级要比控制任务的优先级都低,系统设计中对管理任务的5个子任务采用时间片轮番调度法,即它们拥有相同的优先级,任务调度的示意如图4所示.在系统完成初始化后自动进入时间分配环中,在环中依次轮流处理各项管理任务.在环中轮流处理各项管理任务时,只要当前时间片结束,不论当前任务是否完成,都要暂时释放CP U,把CPU 让给另一个就绪的任务,直到再次轮到该任务的时间片时,再重新占用CPU,自动跳转到断点处继续执行.而对于系统中的实时性强于管理任务的控制任务则按优先级排队,分别分配不同的优先级,由于环外的任务优先级均高于管理任务,环外的任务可以随时通过优先级抢占的任务调度方式中断环内的任务执行,占用系统资源.当有多个同等级的任务进入任务就绪队列时(如零件加工时多轴的位置控制任务),根据时间片轮转调度方式形成新的当前任务调度环,保证同优先级的任务并发进行.同理,这种任务的抢占和调度机制也适用于其他不同优先级的任务.3 数控系统引导型二次开发平台理论模型的研究数控系统二次开发功能的强弱在一定程度上代表了其开放性的好坏,根据嵌入式系统的结构模式、设计特点和数控系统的功能特征,本文设计了一种适合嵌入式数控系统、具有引导功能的数控系统二次开发平台的理论模型,如图5所示.二次开发平台采用一种引导开发的模式,借助于预先定义的各种信息库,将使用特殊语言描述的用户功能要求转换成信息库中特定策略的组合,然后通过与M C U 相匹配的代码编译器,将策略描述翻译并通过计算机的并口经由下载电缆传送至数控系统的仿真开发接口.二次开发环境包括语言描述和引导设置2种开发方式.语言描述方式采用结构化的功能机制,预先定义出系统扩展的算法结构,用户只需根据算法的提示加入自己功能要求的描述.二次开发平台提供独立的结构化描述语言,采用面向对象的编程思想,以功能对象群组的构成方式来完整描述数控组件对象的特定工作#1513# 2006年12月 王太勇等:基于嵌入式技术的数控系统开发设计图4基于Vx W ork s的数控系统任务调度机制示意F ig.4T as k-dispatch m echan is m of CNC syste m based on Vx W ork s状态.语言描述方案,可以通过灵活定义的算法规范深入系统内部的软件构成细节,适用于系统底层策略方案的自定义配置.引导设置采用开发向导的形式以图形化询问界面来定制用户的扩展需求,一般用于较为简单的扩展开发.图5二次开发平台的理论模型F i g.5Th eoreticalm ode l of second-d evelopm en t p latform 4数控系统的设计实现成功搭建出了以MC68F375+M CX314为基础的硬件开发平台,规划出了以嵌入式实时操作系统(RTOS)Vx W orks为核心的层次化系统软件体系结构和任务调度机制,开发出了TDNC M4数控系统原型机,该系统能用于控制车床、钻铣床,可控制4个进给轴和1个模拟主轴三轴联动,具有直线插补和平面圆弧插补、螺旋线插补和空间圆弧(C I P)插补等控制方式,能进行螺纹加工、变距螺纹加工等,可通过Internet 进行数据传输和网络化制造,并将该系统应用于TDNC-M40A四轴加工中心的设计上,如图6所示.经实验证明,该数控机床工作稳定,性能可靠,主轴转速最高可达6000r/m i n,切削进给X、Y、Z可达0~10000mm/m i n,定位精度X、Y、Z可达?0.005 mm,重复定位精度X、Y、Z可达?0.003mm,目前已被应用于天津大学数字化制造与测控技术研究所的一般金属切削加工和工业陶瓷加工的实验.图6TDNC-M40A四轴加工中心F ig.6Four-axis m ach i n i ng cen ter TDNC-M40A#1514#天津大学学报第39卷第12期5结语本系统设计的最大特点是将嵌入式技术应用到数控系统的设计中来,针对基于PC的数控系统在稳定性、实时性等方面的不足,提出利用控制性能更加稳定和优异的MCU以及运算性能更加强大的专用DSP芯片,为双CP U架构构建嵌入式数控系统的硬件平台,利用性能优异的嵌入式实时操作系统Vx W o r ks作为数控系统的操作系统来统一调度系统运行的各个任务,使系统拥有了更佳的实时性和稳定性,初步研究了数控系统引导型二次开发平台的理论模型,开发设计出TDNC M4数控系统的原型机,探索出了一条数控技术研究和开发的新渠道)))嵌入式数控技术.参考文献:[1]Zhang Chengru,i W ang H eng,W ang Ji ngkun.A U SB-basedsoft w are CNC syste m[J].J ournal of M aterials ProcessingT echno logy,2003,139(1/3):286)290.[2]V itt ur i S.PC-based auto m ati on syste m s:A n exa m ple o f ap-p licati on for the rea-l ti m e contro l o f b l ow m achines[J].Computer S t andard s and In terfaces,2004,26(2):145)155.[3]韩青.RTOS的必备特性[J].单片机与嵌入式系统应用,2004(2):85)86.H an Q i ng.T he spec ifi c property of RTOS[J].M icrocon-troller and Em bedded Sy ste m,2004(2):85)86(i n Ch-inese).[4]R ober Stephen J,Sh i n Y ung C.M odeli ng and contro l ofCNC m ach i nes us i ng a PC-based open arch itecture contro ller[J].M echatron ics,1995,5(4):401)420.[5]李宏伟.基于M C68332的嵌入式数控系统开发平台的研究[D].天津:天津大学机械工程学院,2003.L iH ongw e.i R esearch on Deve l op i ng P latfo r m for E m beddedCNC Syste m Based onM C68332M CU[D].T ian jin:Schoo l o f M echan i ca l Eng i neer i ng,T ian jin U n i ve rsity,2003(inChi nese).[6]李宏伟,王太勇,薛国光,等.基于嵌入式微控制器核心和层次化网络监控机制的开放结构数控系统的构建[J].振动与冲击,2003,22(1):47)49.L iH ongw e,i W ang T a i yong,X ue G uoguang,et a.l O pen a r-ch itect ure CNC based on embedded M C U and mu lt-i layernet wo rk s uperv isi on[J].J ournal of Vibrati on and Shock,2003,22(1):47)49(in Chi nese).[7]M o toro la Inc.M C68F375U ser.sM anual[Z].1998.[8]叶佩青,汪劲松.M CX314运动控制芯片与数控系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.Y e Pe iqi ng,W ang Jinsong.T he M o tion C ontro l Chi pM C X314and t he D esi gn of CNC[M].Be iji ng:Be iji ng U n-ive rsity o f A eronautics and A stronau ti cs P ress,2002(i n Ch-inese).[9]Cus F,M ilfe l nerM,Balic J.A n intelligent sy stem f o r mon-itor i ng and opti m iza ti on o f ba l-l end m illi ng process[J].J ournal of M a terials P rocessing T echnology,2006,175(1/3):90)97.[10]W ang L i hu,i O rban Pete r,Cunni ngham A ndrew,et a.l R e-m ote rea-l ti m e CNC m achi n i ng for w eb-based m anufactur i ng[J].R obo tics and Computer-Integrate d M anufact ur i ng,2004,20(6):563)571.[11]B i shop D,W aters G,D ale D,et a.l D eve l op m ent o f an au-tono m ous32-b it i nte lli g ent dev ice con tro ll er[J].N uclear In-stru m ents and M ethods in Phy sics R esearch A,1994,352(1/2):236)238.[12]K i m D aeyoung,Lee Y annhang,Y ounis M ohan m ed.So f-tw are arch itecture s upporti ng i ntegrated rea-l ti m e syste m s[J].T he J ournal of Sy ste m s and Sof t w are,2003,65(1):71)86.#1515#2006年12月王太勇等:基于嵌入式技术的数控系统开发设计。
基于嵌入式X86的数控系统的设计与实现
（南阳理工学院）薛庆吉
ＸＵＥ Ｑｉｎｇ－ｊｉ
摘要：为了降低开发成本，缩短开发周期，提高系统性能和稳定性．本文采用嵌入式Ｘ８６ ＣＰＵ和嵌入式ＡＲＭ处理器上下位 机的硬件结构形式。按照Ｌｉｎｕｘ操作系统下设备驱动程序开发的一般步骤和基本结构．采用模块化开发的基本思路，对基于
ＡＲＭ处理器嵌入式数控系统运动控制卡驱动程序进行优化开发．保证了嵌入式运动控制卡在Ｌｉｎｕｘ环境下的高可靠性工
２运动控制原理
２．１插补算法 对于一个运动控制系统，除了能够实现被控运动对象的精 确定位之外，还必须实现控制被控运动对象以给定的速度沿着 指定的路径运动，这就是轮廓控制。 被控对象的运动轨迹大部分由直线和圆弧这种简单、基本 的曲线构成。若实际轮廓南其它二次曲线和高次曲线组成，也 可以采用一小段直线或圆弧来拟合，就可满足精度要求．当然 也有需要抛物线和高次拟合的情况。这种拟合的方法就是“插 补”。它是数控装置依据编程时的有限数据，按照一定方法产生 直线、圆弧等基本线形，并以此为基础完成所需要轮廓轨迹的 拟合Ｔ作。 因此，对于轮廓控制系统来说，最重要的功能是插补。插补 的任务就是根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算 出若干个中间点的坐标值。由于每个中问点计算所需的时ｆｓＪ直 接影响系统的控制速度．而插补中间点牮标值的计算精度又影 响到数控系统的控制精度，所以插补算法是整个数控系统控制 的核心。 目前，各种常用的插补算法大致分为脉冲增量插补和数字 采样插补两类。前者丰要应用在步进电机驱动的控制系统；后 者主要用于交、直流伺服电机１５Ｉ《动系统的闭环、半闭环控制系 统，也可用于以步进电机为伺服驱动的开环控制系统。目前所
伺服电机
上轴电机
图１嵌入式数控系统硬件结构图 上位机硬件由嵌入式主板和外围设备构成，其中嵌入式 主板需包括：嵌入式ＣＰＵ、电子盘／ＣＦ卡、内存，ＬＣＤ接口、ＵＳＢ 接口、以太网接口、键盘接口；而外围设备主要包括：ＰＬＣ接口 板、数控系统专用键盘能够提供５Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ电源、显示器、可 提供机床操作 必需的按钮开关和指示灯的机床操作面板。 下位机硬件由运动控制卡和伺服接口板构成．其中运动控 制卡为基于嵌入式ＡＲＭ处理器的具有运动控制功能的设备 卡．Ｉ仃『伺服接口板需提供模拟量输出和编码器反馈接口和伺服 使能信号。 上下位机通讯硬件南通讯接口卡和通讯线构成．其中通讯 接口卡负责上下位机信息传输转换，通讯线作为数据信息的通 讯介质，可采用双绞线，光缆等等。
嵌入式数控系统研究
第 ３ ７卷 第 １期 ・ 术 学
Ｖｏ１３７ ＮＯ． ． １
湖
南
农
机
ＨＵＮＡＮ ＾ＧＲＩ ＣＵＬＴＵＲＡＬ ＭＡＣＨｌ ＮＥＲｙ
２ ０年 ０ ０１ １月
Ｎ ｏ ２０ １ ｖ． ０
嵌 入 式数控 系统 研 究
张淑 坤
（ 南科技学 院， 河 河南 新 乡 ４ ３ ０ ） ５ ０ ３
收 稿 日期 ：０ ９１－０ ２ ０ ．２２
用提 供了一个高性价 比、 低功耗 、 高性能的解决方案 。
该 片基 于ＡＲ ２ Ｔ内核 ， Ｍ９ ０ 采用五级流水线和哈佛结 构， 主频高达 ２０ ０ＭＨｚ Ｒ ２ Ｔ具有全性能的内存 。Ａ Ｍ９ ０
管 理 单元 ＭＭＵ （ ｍｏｙＭ ａａｅ ｎ Ｕｎｔ 独立 的 Ｍｅ ｒ ｎｇ ｍｅｔ ｉ、 ） １Ｋ 指 令 和 数 据 Ｃ ｃ ｅ以及 高 速 Ａ ６Ｂ ａｈ ＭＢ 总 线 接 口 。 Ａ
为了减少应用系统设计 的成本 ，３ ２ １ 集成 了众多的 ￥Ｃ ４０ 常用 资源 ， 例如 ： Ｃ Ｌ Ｄ控 制器、 （ 下转 第 ３ 页 ） ０
基于ARM的嵌入式数控系统的研究
基于ARM的嵌入式数控系统的研究一、本文概述随着科技的快速发展，嵌入式系统在各领域的应用越来越广泛，尤其在工业控制、自动化设备以及智能家居等领域中发挥着至关重要的作用。
而基于ARM的嵌入式数控系统，凭借其高性能、低功耗以及良好的扩展性，成为了众多研究者关注的焦点。
本文旨在探讨基于ARM的嵌入式数控系统的研究现状、设计原理、实现方法以及未来发展趋势，以期为相关领域的研究与应用提供有益的参考。
本文将对嵌入式数控系统的基本概念进行介绍，阐述其与传统数控系统的区别与优势。
将重点分析基于ARM的嵌入式数控系统的硬件架构和软件设计，包括处理器选择、外设接口设计、操作系统移植以及数控算法的实现等方面。
还将探讨系统在实际应用中的性能表现，包括实时性、稳定性以及可靠性等方面的评估。
本文还将对基于ARM的嵌入式数控系统的未来发展趋势进行展望，分析其在智能制造、工业自动化等领域的应用前景，以及面临的挑战和机遇。
希望通过本文的研究，能够为嵌入式数控系统的进一步发展提供有益的启示和建议。
二、ARM架构与嵌入式数控系统基础ARM（Advanced RISC Machines）架构是一种精简指令集（RISC）处理器架构，广泛应用于嵌入式系统领域。
ARM架构以其低功耗、高性能和低成本等特点，成为了嵌入式系统市场的主流选择。
ARM处理器通常由内核、存储器和输入输出设备组成，具有高效的处理能力和灵活的扩展性。
这使得ARM架构在数控系统中的应用具有显著的优势，如提高系统性能、降低能耗和缩小体积等。
嵌入式数控系统是一种将计算机技术与数控技术相结合的系统，广泛应用于机械加工、自动化生产线等领域。
嵌入式数控系统通过ARM架构的处理器实现对加工过程的精确控制，实现对加工参数、运动轨迹和加工状态的实时监控和调整。
这种系统具有高度的集成性和智能化，可以提高加工精度和效率，降低人工干预和操作难度。
在基于ARM的嵌入式数控系统中，ARM处理器作为核心控制器，负责处理各种指令和数据，实现对加工过程的精确控制。
数控系统速度前瞻控制算法及其实现
数控系统速度前瞻控制算法及其实现一、本文概述随着现代制造业的快速发展，数控机床作为其核心设备，其性能优劣直接影响到产品质量和生产效率。
其中，数控系统的速度前瞻控制算法在提高机床的动态性能、加工精度和稳定性方面发挥着至关重要的作用。
本文旨在深入探讨数控系统速度前瞻控制算法的原理、特点及其实现方法，以期为数控机床的性能优化和智能制造的发展提供理论支持和实际应用指导。
本文首先概述了数控系统速度前瞻控制算法的研究背景和意义，阐述了其在现代制造业中的重要地位。
接着，文章详细分析了传统数控系统在速度控制方面存在的问题和不足，引出了速度前瞻控制算法的必要性和紧迫性。
在此基础上，文章重点介绍了速度前瞻控制算法的基本原理和实现方法，包括算法的数学模型、控制策略、优化算法等方面。
结合具体案例和实验结果，文章对速度前瞻控制算法的实际应用效果进行了分析和评估，验证了其在提高机床性能方面的有效性。
本文的研究成果不仅对数控机床的研发和应用具有重要的理论指导意义，而且为智能制造、工业自动化等领域的发展提供了有益的参考和借鉴。
未来，随着、大数据等技术的不断发展，数控系统速度前瞻控制算法也将不断完善和优化，为现代制造业的转型升级和高质量发展提供更加强有力的支持。
二、数控系统速度前瞻控制算法理论基础数控系统的速度前瞻控制算法是一种优化的运动控制策略，其理论基础主要建立在预测控制、最优控制以及动态规划等多个领域。
该算法通过预测未来一段时间内的运动轨迹，以及对应轨迹上的速度和加速度，来实现对机床运动过程的精确控制。
在数控系统速度前瞻控制算法中，首先需要建立机床的运动模型。
这个模型通常是一个高阶非线性微分方程，描述了机床位置、速度和加速度之间的关系。
通过对这个模型的分析，可以推导出机床在未来一段时间内的运动轨迹。
然后，根据预测的运动轨迹，算法会计算出一个最优的速度和加速度曲线。
这个曲线需要满足多个约束条件，例如机床的最大速度、最大加速度、以及运动轨迹的精度等。
基于嵌入式Linux的数控系统研究的开题报告
基于嵌入式Linux的数控系统研究的开题报告一、选题背景与意义随着工业自动化程度的不断提高，数控系统在加工控制领域中得到了广泛的应用。
目前，数控系统具有高精度、高效率、高稳定性、高自动化程度等特点，已在各个领域成为必不可少的核心技术之一。
在数控系统中，操作系统的稳定性和实时性是关键因素之一，因此嵌入式Linux 作为一种轻量级且开放源代码的操作系统，越来越多地被应用于数控系统中。
本研究旨在探讨基于嵌入式Linux的数控系统的研究，并基于该研究设计一款高效、稳定的数控系统。
二、研究内容与方案（一）研究内容1. 对富士康数控系统的功能进行分析，抽离需求。
2. 研究基于嵌入式Linux的数控系统架构和应用技术，设计和实现基本功能的驱动和应用。
3. 针对数控系统的实时性和可靠性要求，对系统进行性能优化和稳定性测试。
4. 设计一套完整的数控系统解决方案，包括硬件和软件方面。
（二）研究方案本研究计划采用以下研究方案：1. 针对富士康数控系统进行功能分析，整理出需求文档，明确研究目的和任务。
2. 研究基于嵌入式Linux的数控系统架构和应用技术，包括内核编译配置、裁剪、驱动开发、应用开发等方面，形成一套完整的系统研发流程。
3. 根据需求文档和架构设计方案，使用开发板和相应的工具和软件编写数控系统代码，并进行功能测试和性能测试。
4. 针对数控系统的实时性和可靠性要求，对系统进行性能优化和稳定性测试，包括系统启动时间、响应时间、稳定性、故障处理等方面。
5. 设计一套完整的数控系统解决方案，包括硬件和软件方面，形成一种可供市场推广的产品模型。
三、预期结果与意义预计研究结果将包括以下内容：1. 设计一款基于嵌入式Linux的数控系统，该系统具有高实时性、高可靠性和高性能性。
2. 研究出一套完整的数控系统开发流程和解决方案，为其他行业的嵌入式系统开发提供参考。
3. 促进数控系统的发展和升级，提高加工品质和效率，推动我国制造业的数字化和智能化发展。
数字控制下的嵌入式数控系统设计及实现的开题报告
数字控制下的嵌入式数控系统设计及实现的开题报告一、研究背景数字控制系统是一种采用数字信号控制机械设备工作的控制系统。
数字控制系统取代了传统的机械控制系统，使得机械加工过程更加高效、精确，减少了人为的误差。
数字控制系统的应用范围广泛，可以用于各种机械设备的控制，如数控加工中心、数控车床、数控铣床等。
嵌入式系统是一种硬件和软件均可自定义、可调、可控的计算机系统。
在数字控制系统中，嵌入式系统可以用于实现数字控制信号的生成和输出，包括运动控制、编码器反馈、PLC序列控制等。
二、研究目的本研究旨在设计和实现一种数字控制下的嵌入式数控系统，使得机械加工过程更加高效、精确。
具体包括以下目标：1.通过嵌入式系统实现数控加工信号的生成和输出。
2.设计合适的运动控制算法，提高数控加工的精度和效率。
3.实现编码器反馈和PLC序列控制等功能，保证数控加工的稳定性和安全性。
三、研究内容本研究的主要内容包括以下方面：1.硬件设计：根据数字控制系统的需求，设计并搭建嵌入式系统的硬件平台，包括主控板、运动控制板、编码器反馈板、PLC板等。
2.软件设计：开发数控加工的控制软件，包括运动控制算法、编码器反馈处理程序、PLC序列控制程序等。
具体实现数字控制信号的生成和输出，在保证机械加工过程的高精度和高效率的前提下，保证加工过程的稳定性和安全性。
3.实验验证：使用所设计的嵌入式数控系统进行数控加工实验，评估嵌入式系统的性能和加工效果，为系统优化和升级提供参考。
四、研究意义本研究的意义在于：1.加快数字控制技术的应用，提高机械加工的效率和精度。
2.推动嵌入式技术在数字控制系统中的应用和发展。
3.为数字控制系统的优化和升级提供理论支撑和实践基础。
五、研究进展目前，本研究正在进行嵌入式数控系统的硬件设计和软件开发工作，预计将在未来几个月内完成系统的搭建和实验验证工作。
最终，本研究将形成一篇论文，并提交毕业论文答辩。
基于嵌入式系统的优化算法设计和研究的开题报告
基于嵌入式系统的优化算法设计和研究的开题报告一、题目：基于嵌入式系统的优化算法设计和研究二、选题的背景和意义：随着科技的发展，嵌入式系统已经成为现代化生产和生活的重要组成部分。
随之而来的是对嵌入式系统性能的要求也越来越高，同时开发者们也面临着越来越多的挑战和难点。
因此，如何设计出高效、优化的算法用于嵌入式系统中已成为了很多研究人员关注的焦点。
本文将围绕嵌入式系统中的优化算法展开深入研究，旨在探究出一种可以应用于实际生产和生活中、高效稳定的优化算法，为嵌入式系统的应用提供无限可能。
三、研究内容和目标：（1）分析嵌入式系统优化算法领域的研究现状和发展趋势，了解国内外学者在该领域的研究成果和实践经验。
（2）针对嵌入式系统的特点，基于遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等优化算法，设计出适用于嵌入式系统的优化算法框架和具体实现方法，并进行实验验证。
（3）通过与其他算法的对比实验，从运行时间、效果等多个方面进行评估和优化,寻求一种更加高效、快速、可靠的优化算法。
（4）实现设计出的算法并将其运用于嵌入式系统应用中，如智能家居、自动化生产等，评估其实际应用效果和优化成果。
四、研究方法和步骤：（1）文献调研通过查阅相关的文献资料，了解嵌入式系统优化算法领域的研究现状和发展趋势。
（2）算法设计和实现根据研究目标和要求，基于遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等优化算法，设计出适用于嵌入式系统的优化算法框架和具体实现方法，并进行实验研究。
（3）算法评估和优化通过与其他算法的对比实验，从运行时间、效果等多个方面进行评估和优化。
（4）实际应用将实现的算法应用于嵌入式系统应用中，并评估其实际应用效果和优化成果。
五、预期成果：（1）深入理解嵌入式系统优化算法的研究现状和发展趋势。
（2）设计出一种适用于嵌入式系统的高效优化算法。
（3）实现设计出的算法并将其运用于嵌入式系统应用中。
（4）评估实际应用效果和优化成果。
（5）撰写高质量的学术论文。
基于80C86CPU的嵌入式铣床数控系统的研究的开题报告
基于80C86CPU的嵌入式铣床数控系统的研究的开题报告一、研究背景和意义现代制造业的发展离不开数控技术，铣床数控系统作为数控技术的重要应用之一，已广泛应用于制造业的各个领域。
随着市场需求的不断提高，数控系统也不断在不断升级和完善。
本研究的背景是在当前已有的铣床数控系统基础上，针对80C86CPU进行研究，开发出更为优异的铣床数控系统，以满足市场对优异数控系统的需求。
二、研究的主要内容和方案（1）研究内容本研究的主要目标是开发一套基于80C86CPU的嵌入式铣床数控系统，使之在功能和性能上更为优异。
（2）研究方案1、系统架构设计：根据铣床数控系统的功能特点，设计出整体架构，包括各个模块之间的联通方式，各个模块之间的数据传递方式等。
2、硬件设计：选用80C86CPU作为处理器，进行硬件方案设计，设计处理器接口电路、存储器电路、外部设备控制电路等。
3、软件设计：基于80C86CPU的嵌入式系统，进行系统软件的设计与开发，包括底层驱动程序的编写、中间层相关代码的编写、上层应用程序的编写等。
4、系统测试：根据设计的系统方案，开发出相应的测试软件，对系统进行全面测试，包括性能测试、功能测试、稳定性测试等。
三、预期目标和意义（1）预期目标1、优化硬件设计，提升系统性能。
2、优化软件设计，提升系统稳定性。
3、提升整个系统的安全性。
（2）意义1、促进了数控技术的应用与发展。
2、提高了制造业的自动化水平。
3、提高了铣床数控系统的功能和性能，推动了制造业的发展。
四、主要研究方法本研究采取了以下研究方法：1、文献调研法：通过调研相关文献，了解当前铣床数控系统的发展现状和存在的问题，为后续的研究提供参考。
2、实验研究法：通过实际实验测试，验证系统方案的正确性和可行性。
3、数学建模法：利用数学工具对系统进行建模，帮助优化系统设计。
五、研究难点和创新点（1）研究难点1、在硬件选择上，80C86CPU相较于现有的CPU需要改变原有的硬件电路方案，需要进行新的设计。
基于嵌入式Linux的数控系统研究与开发的开题报告
基于嵌入式Linux的数控系统研究与开发的开题报告一、课题背景和研究意义数控系统是机床工业的关键技术，具有重要的社会和经济意义。
传统数控系统通常采用专用硬件及操作系统，成本较高，扩展性差。
为了降低成本、提高系统可维护性和可靠性，越来越多的数控系统采用了基于嵌入式Linux的软件解决方案。
嵌入式Linux是一种轻量级操作系统，具有灵活、可定制、开源等特点，适用于嵌入式系统的各种场景，包括数控系统。
本课题旨在研究基于嵌入式Linux的数控系统的软件架构、硬件平台和应用开发，探讨其实现方法和优化方案。
二、主要研究内容和技术路线1. 基于嵌入式Linux的数控系统软件架构设计在研究Linux系统调度、进程管理、文件系统等方面的基础上，设计基于嵌入式Linux的数控系统的软件架构。
包括系统启动流程、用户界面、驱动程序、数控算法模块等。
2. 数控系统硬件平台选型和优化根据数控系统的实际需求和性能要求，选定硬件平台，并进行优化。
考虑CPU性能、存储器容量、外围设备接口等因素。
3. 数控系统应用开发根据数控系统的需求，开发相应的应用程序。
包括数控程序编辑、运行控制、数据采集和处理等功能。
4. 数控系统实验验证和优化在实验环境中对基于嵌入式Linux的数控系统进行验证和优化。
通过实验得出系统性能指标、稳定性和可靠性评估，并提出优化方案。
三、预期研究成果1. 基于嵌入式Linux的数控系统软件架构设计方案设计一种符合数控系统需求的嵌入式Linux软件架构，包括系统启动流程、用户界面、驱动程序、数控算法模块等。
2. 数控系统硬件平台选型和优化方案选定数控系统硬件平台，并进行优化。
考虑CPU性能、存储器容量、外围设备接口等因素。
3. 数控系统应用开发开发基于嵌入式Linux的数控系统应用程序，包括数控程序编辑、运行控制、数据采集和处理等功能。
4. 数控系统实验验证和优化结果通过实验验证和优化，得出数控系统的性能指标、稳定性和可靠性评估，并提出优化方案。
基于嵌入式平台的全软件数控系统研究与开发的开题报告
基于嵌入式平台的全软件数控系统研究与开发的开题报告一、选题背景数控系统是机床自动化程度的标志，已成为现代机械制造工业必不可少的一项技术。
而传统数控系统一般采用硬件驱动方式，存在成本高、扩展性差、维护困难等问题。
因此，基于嵌入式平台的全软件数控系统成为了研究的热点。
嵌入式平台具有成本低、体积小、功耗低、可靠性高等特点，因此将数控系统移植到嵌入式平台上可以大幅降低成本，提高系统的可靠性和稳定性。
目前，国内外已有许多嵌入式平台数控系统的研究和应用，如LinuxCNC、Smoothieboard等。
二、研究内容本课题旨在研究基于嵌入式平台的全软件数控系统，并实现其中的核心功能。
具体研究内容包括：1、系统设计根据数控系统的功能需求和系统特点，设计嵌入式平台下的数控系统结构，确定各个模块的功能划分和接口定义。
2、核心算法研究数控系统的核心算法包括插补算法、运动控制算法等，需要在嵌入式平台下进行重构和优化。
本课题将对这些算法进行研究和优化，以提高系统的性能和稳定性。
3、系统软件实现根据系统设计和算法研究的结果，进行系统软件的实现和调试。
包括系统底层驱动开发、功能模块实现和调试、界面设计等。
三、拟解决问题本课题将解决传统数控系统中存在的成本高、扩展性差、维护困难等问题，提高数控系统的可靠性和稳定性。
同时，基于嵌入式平台的数控系统具有成本低、体积小、功耗低、可靠性高的特点，也将为制造业的智能化升级提供一种新的选择。
四、研究方法本课题采用实验研究方法，具体包括：1、文献调研法：对国内外嵌入式平台数控系统的相关文献和资料进行综合分析，了解各个系统的优缺点和设计思路。
2、编程实验法：通过实际编程和调试来验证系统功能和性能，优化系统设计和算法实现。
3、实际应用验证法：将开发完成的系统应用到实际生产中，验证其稳定性和可靠性。
五、预期成果完成本课题后，将实现基于嵌入式平台的全软件数控系统，并达到以下预期成果：1、系统结构合理，功能齐全，性能稳定。
前视嵌入式系统及跟踪算法的研究的开题报告
前视嵌入式系统及跟踪算法的研究的开题报告一、选题背景随着计算机技术的不断发展，越来越多的应用场景需要在嵌入式系统中实现。
嵌入式系统是一种控制系统，通常包括一个微控制器或微处理器，以及与之相关联的特定硬件，用于控制物理设备。
嵌入式系统通常被用于汽车、航空航天、医疗、军事等领域，因其高效性和便捷性而备受关注。
前视嵌入式系统是一种具有前瞻功能的嵌入式视觉系统，可以帮助车辆在行驶中实现前瞻检测和预警，提高车辆的行驶安全性。
然而，由于前视嵌入式系统的要求比较高，需要准确、快速地检测目标，并实时地做出判断和响应，因此需要采用先进的跟踪算法来提高系统的性能和精度。
因此，本研究将选择前视嵌入式系统及跟踪算法作为研究对象，旨在探究前视嵌入式系统的设计和实现方法，以及针对前视嵌入式系统的跟踪算法，为嵌入式系统的实际应用提供理论基础和实践支持。
二、研究目的和意义本研究的目的是研究前视嵌入式系统及其跟踪算法，分析其设计和实现方法，探究其应用特点和优势，同时实现一种高效的目标跟踪算法，用于解决前视嵌入式系统跟踪问题。
具体包括以下几个方面：1. 研究前视嵌入式系统的原理和设计方法，了解前视嵌入式系统的实现流程、硬件架构和软件开发技术，为嵌入式系统设计提供指导和支撑。
2. 研究前视嵌入式系统的跟踪算法，分析其优缺点和适用范围，探究其实现原理和技术路线，为算法的优化和改进提供基础。
3. 实现一种针对前视嵌入式系统的目标跟踪算法，采用先进的图像处理技术和机器学习算法，实现高效、准确的目标跟踪。
4. 针对前视嵌入式系统的应用场景，探究其在汽车、航空航天、医疗、军事等领域的应用，为相关行业提供解决方案。
本研究对于推进嵌入式系统技术的发展和推广具有重要意义。
一方面，通过研究前视嵌入式系统的原理和设计方法，可以为嵌入式系统的开发和应用提供指导和支撑；另一方面，针对前视嵌入式系统的跟踪算法的优化和改进，可以提高嵌入式系统的性能和精度，为实际应用带来更为实用的效果和体验。
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ｏｃ ｔ ．２ ０１ ３
文章编 号： １ ０ ０ １ —２ ２ ６ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０— ０ ０ ７ ６— ０ ４
基 于 嵌 入 式 数 控 系统速 度前 瞻 算 法 的 研究 与实 现 术
彭 鹏 ， 胡 毅 ， 陈智 殷 ， 卢 林 ， 赵 文娟
（ １ ． 中国科 学 院 研 究 生院 ， 北 京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ； ２ ． 中 国科 学院 沈 阳计 算技 术研 究所高 档 数控 国家工 程研 究 中心 ， 沈阳 １ １ ０ １ ６ ８ ； ３ ． 沈 阳高精数 控技 术有 限公 司 ， 沈阳 １ １ ０ １ ６ ８ ； ４ ． 北京理 工 大学 自然语 言处 理 实验 室 ， 北 京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
第１ ０期
２ ０ １ ３年 ｌ ０月
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
Ｍ ｏ ｄ ｕｌ ａ ｒ Ｍ ａ ｃ ｈｉ ｎｅ Ｔｏ ｏ ｌ＆ Ａ ｕｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｍ ａ ｎｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｉ ｑｕ ｅ
ＮＯ ． １ ０
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｉ ｆ ｈ ａ ｎ ｄ ｌ ｅ ｄ ｂ ａ ｄ ｌ ｙ ， ｉ ｔ ｉ ｓ ｌ ｉ ｋ ｅ ｌ ｙ ｔ ｏ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｊ ｉ ｔ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｓ ａ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ Ｆｏ ｒ Ｈｉ ｇ ｈ— Ｅｎｄ ＣＮＣ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ，
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摘要： 数控 系统 中由于运动轨迹 复杂 ， 加 工速度 频繁 变化 ， 如果 处理的 不好 ， 很 容 易造 成 系统 的抖 动 ， 对 机床具 有很 大的 冲击， 影 响 了数控 系统 的加 工效率 。论 文分析 了 自适应前 瞻算法的核心要 点 ， 研 究 了基 于实际加 工路 径 曲率 的 自适应速度前 瞻算法 以及基 于实际加 工路径速度 递减为零的 自适应 速度前 瞻算 法的基 本原理 ， 在基 于 Ａ Ｒ Ｍ＋ Ｄ Ｓ Ｐ的嵌 入 式数控 系统 上设计 并 实现 了这 两种 自适 应速度 前 瞻算法 ， 对
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（ １ ． Ｇｒ ａ ｄ ｕ ａ ｔ ｅ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ９，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ －
这两种算 法的实际的加 工性能 以及 算法的执行 时间作 了性能评估 ， 分析 了两种 自适 应算法的优劣 。 关 键词 ： 嵌入 式数 控 系统 ； 自适应速 度 ； 前 瞻算 法
中图分 类号 ： Ｔ ＨＩ ６ ６； Ｔ Ｐ ３ ９ ９ 文献标 识 码 ： Ａ
Ｓｐ ｅ ｅ ｄ Ｌｏｏ ｋ－ ａ ｈｅ ａ ｄ Ａｌ ｇ ｏｒ ｉ ｔ ｈｍ Ｒｅ ｓ ｅ ａｒ ｃ ｈ ａ ｎｄ Ｉ ｍ ｐｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａｔ ｉ ｏ ｎ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ Ｅｍ ｂｅ ｄｄ ｅ ｄ Ｎｕｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ＰＥＮＧ Ｐｅ ｎ ｇ ，Ｈ Ｕ Ｙｉ 。
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