基于嵌入式系統(tǒng)的制造裝備自律控制理論與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、制造裝備作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)單元，其性能的好壞決定著先進(jìn)制造模式的成敗。目前在制造過程規(guī)劃、協(xié)調(diào)和協(xié)作方面的研究，主要是集中在系統(tǒng)層面上，對于如何解決裝備的異構(gòu)性、裝備間復(fù)雜的交互與協(xié)同、以及在可達(dá)的異構(gòu)資源中尋求協(xié)作的能力等問題尚缺乏深入的研究；對于數(shù)字制造裝備如何適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字制造環(huán)境的研究，大都停留在解決網(wǎng)絡(luò)通信、遠(yuǎn)程操控和數(shù)據(jù)交換等問題上，很少關(guān)注底層數(shù)字制造裝備對復(fù)雜動態(tài)制造環(huán)境的主動感知和自主適應(yīng)等問題。本文利用嵌入式

2、技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)和智能理論與技術(shù)，針對制造系統(tǒng)底層制造裝備的自律控制理論與關(guān)鍵技術(shù)展開研究，以實(shí)現(xiàn)制造裝備具有對制造環(huán)境的自主適應(yīng)能力、對加工行為的自律控制能力、與異構(gòu)制造設(shè)備的集成能力。本文開展的研究工作如下： （1）對制造裝備自律控制的內(nèi)涵進(jìn)行了研究，從制造裝備自律控制的概念、概念性系統(tǒng)模型和特征三個方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和說明；并通過分析網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字制造環(huán)境及其帶來的制造裝備自律控制的功能需求，研究了制造裝備自律控制的功能

3、；然后系統(tǒng)地從靜態(tài)模型（層次結(jié)構(gòu)和模塊組成）和動態(tài)模型（工作流和信息流）兩個角度詳細(xì)分析了制造裝備的自律控制。制造裝備自律控制的內(nèi)涵、功能和模型分析是基于嵌入式系統(tǒng)的制造裝備自律控制理論和關(guān)鍵技術(shù)研究開展的基礎(chǔ)。 （2）在研究閉環(huán)位置控制數(shù)學(xué)模型、加工輪廓運(yùn)動控制中的誤差分析和輪廓誤差計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，針對利用一般運(yùn)動輪廓誤差計(jì)算模型不能實(shí)時計(jì)算出曲線輪廓誤差的不足，結(jié)合實(shí)時輪廓誤差補(bǔ)償控制策略和模糊邏輯理論，研究了基于模糊邏輯

4、理論和實(shí)時誤差計(jì)算的輪廓自律控制策略。該策略可根據(jù)輪廓誤差絕對值的大小和加工輪廓曲率的變化自主地調(diào)整進(jìn)給速度，并能實(shí)時計(jì)算出輪廓誤差近似值；在軸閉環(huán)位置為二階數(shù)學(xué)模型的兩軸輪廓運(yùn)動和軸位置控制為常規(guī)比例控制器的仿真實(shí)驗(yàn)條件下，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該策略的有效性。 （3）在分析資源共享相關(guān)理論的資源共享的概念模型、控制模式和層次的基礎(chǔ)上，描述了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字制造環(huán)境下數(shù)控裝備資源的特性，研究了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字制造環(huán)境下數(shù)控裝備資源模型，即數(shù)控

5、裝備制造單元資源模型和基于數(shù)控裝備制造單元的網(wǎng)絡(luò)化制造資源模型：并研究了數(shù)控裝備適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字制造環(huán)境的自律控制策略，即為實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備資源共享的自主協(xié)作策略。該自主協(xié)作策略采用以加工任務(wù)為中心、任務(wù)驅(qū)動的協(xié)商機(jī)制；通過該自主協(xié)作策略，數(shù)控制造裝備資源具有適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字制造環(huán)境自律控制的自主協(xié)作能力。 （4）在數(shù)控裝備自律控制理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)，研究了以網(wǎng)絡(luò)為數(shù)控系統(tǒng)支撐平臺、以網(wǎng)絡(luò)信息資源和數(shù)控資源共享為目的的基

6、于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控裝備自律控制的關(guān)鍵技術(shù)，即基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、與網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字制造環(huán)境集成技術(shù)和基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控制造裝備自律控制的體系結(jié)構(gòu)。研究了基于XML的制造裝備信息集成，給出了描述制造裝備資源信息的XML Schema；并根據(jù)基于嵌入式系統(tǒng)的制造裝備自律控制體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)模式，研究了兩種基于嵌入式系統(tǒng)的制造裝備自律控制體系結(jié)構(gòu)，即基于嵌入式系統(tǒng)的制造裝備自律控制基本系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和基于嵌入式系統(tǒng)的制造