嵌入式数控系统关键技术研究与实现

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvz
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数控加工技术是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志,对工业以至整个国民经济发展都具有十分重要的战略意义。本文在研究数控系统组成结构和工作原理的基础上,提出了一种以ARM+DSP架构为硬件基础,以Linux嵌入式操作系统和Qt图形界面软件作为软件基础的嵌入式数控系统方案。在方案的实现过程中,对数控系统中的几项关键技术进行了研究与实现:   1.针对人机交互技术,为了达到界面美观、功能丰富且易修改的目的,首先将嵌入式Linux操作系统在ARM平台上进行了实现,并提出了不同阶段的应用程序开发方法,为人机界面的开发做好准备。然后设计了数控系统的LCD显示布局和菜单,并在嵌入式环境下实现了三维显示功能;最后设计了键盘的布局与USB硬件接口,并结合USB驱动原理和Qt键盘处理机制进行了软件实现。   2.针对双处理器通信技术,为了完成上位机和下位机之间快速而稳定的通信过程,设计了基于CAN总线的硬件接口,并结合CAN底层协议设计了适用于数控系统的高层通信协议。在软件实现上设计了两层通信机制以增加通用性和灵活性。最后引入Linux的多线程技术,协调通信过程和界面显示,从而保证了两个模块的顺利运行。   3.针对轨迹加工技术,从G01直线插补存在的问题出发,提出一种基于NURBS曲线拟合和插补相结合的加工方案。在拟合算法中,将现有方法归纳总结为三个具体步骤,并加入了拟合区间选取方法和曲线阶次选择的讨论。在插补算法中,重点研究弓高误差到弦长再到参数的两个计算步骤,分别对步骤中的现有方法进行分析与比较,最后结合为一种较为合理的算法,并在DSP上进行了编程实现,实验表明算法能够满足实时性要求。
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