一、数控G代码解释器的设计与实现（论文文献综述）
曹俊[1]（2021）在《桌面式电火花线切割平台与实时控制技术研究》文中认为电火花线切割加工具有非接触、无毛刺、低应力、精度高等特点,在特种加工领域占据重要地位。在中国制造2025的时代背景下,研制一款结构小巧、功能完善的桌面式电火花线切割平台,符合现代机床小型化、绿色化的发展趋势。基于嵌入式多核处理器的线切割数控系统具有多实时任务并行、任务间通信频繁的特点,因此多核实时任务的调度成为了高性能线切割数控系统开发过程中必须解决的问题。此外,由于往复走丝线切割加工中电极丝损耗和断丝难以避免,因此结合电火花线切割加工机理,实现对断丝与电极丝损耗的实时预测和控制,对提高线切割系统的加工效率有着重要的意义。本文根据电火花线切割工艺需求,将桌面式电火花线切割平台划分为走丝模块、伺服进给模块、脉冲电源模块以及工作液循环模块。针对传统走丝机构张紧力调整不便的劣势,设计了张紧力稳定且灵活可调的双丝筒重锤式走丝机构;设计并校核了基于滚珠丝杠的伺服进给模块,并利用步进电机结合编码器实现伺服进给的闭环控制;通过总结传统脉冲电源的优劣,设计了一种基于BUCK电路的脉冲电源,该电源采用电感作为限流元件,电能利用率高。桌面式电火花线切割平台的数控系统采用ARM+STM32的结构,ARM与STM32通过CAN总线通信。其中ARM芯片作为上位机,控制伺服进给模块并运行数控软件;STM32作为下位机,负责控制走丝模块、脉冲电源模块以及工作液循环模块。线切割数控软件采用安全,高效的多进程架构,软件各进程通过共享内存、有名管道和信号实现加工数据的交换与加工流程的同步,各进程同步运行且互不干扰。为了发挥多核处理器的性能优势,提高数控系统实时性,对线切割数控系统进行了任务分析,建立了多核任务分配问题的抽象模型描述;采用处理器负载约束改良模拟退火法,实现了线切割数控系统多核任务分配寻优算法,该算法可快速收敛到最优分配方案,同时兼顾线切割数控系统多任务并发与周期执行的要求,充分发挥了处理器的多核运算能力,提升数控系统实时性能。针对桌面式电火花线切割平台的断丝问题,根据其断丝前出现密集电弧放电的特征,结合实验分析其断丝机理,得到了脉冲宽度与电弧放电概率及其电流峰值呈正相关的规律。基于该规律,提出了通过电流脉冲梯度曲线检测电弧脉冲,并采用多种手段抑制电弧脉冲,以减小电极丝损伤的断丝控制方案。经实验验证,该断丝控制方案能够抑制电弧放电的出现,提高加工稳定性,延缓断丝发生。根据电火花线切割加工的微观机理与电极丝损耗理论,得到了峰值电流、脉冲宽度二者与电极丝损伤呈正相关的规律,研究了基于循环神经网络的峰值电流预测技术。选取峰值电流和脉宽作为样本特征,通过STM32完成样本数据的采集与预处理。分析了循环神经网络的特点,利用Python语言对训练数据进行时间序列化处理后,建立并训练基于LSTM-RNN的峰值电流预测模型,最后利用Tensor Flow Lite将模型部署到数控系统上位机中,结合相应控制手段,提前抑制大峰值电流放电,降低了电极丝的损耗。
邱泽浩[2]（2021）在《基于3D打印的电子束钢轨表面修复控制系统研究》文中研究说明目前我国高铁技术快速发展,高铁线路增长速度加快,列车运行速度大大提高,为了满足列车运行的稳定性与安全性,需要保证钢轨修复质量并减少事故发生。本文采用3D打印技术与电子束焊接技术,对电子束钢轨表面修复控制系统进行了研究。本文首先进行了基于3D打印的电子束钢轨表面修复控制系统总体设计,然后将其划分为五个子系统,分为真空电子枪系统、运动平台系统、视觉成像系统、送丝系统与电源系统进行研究,主要进行真空电子枪系统、运动平台系统与视觉成像系统的研究。真空电子枪系统进行了焊接技术的选用与真空控制系统设计。选用非真空焊接技术中的电子枪差分抽气技术与等离子体引出窗技术。真空控制系统采用PLC控制作为真空控制系统核心,设计了真空电子枪控制系统,确定系统所需所有闸阀硬件后编写了PLC内部运行梯形图。运动平台系统采用三轴联动运动方式,各轴均使用直线丝杠滑台,平台可搭载送丝系统与视觉成像系统进行XYZ三个方向运动。本文选用工控机与运动控制板卡作为运动平台系统控制核心,伺服电机及伺服驱动器作为运动平台系统驱动装置,丝杠滑台作为运动平台系统执行结构,对所需硬件进行选型并编写运动平台控制程序,将运动平台系统硬件连接进行了联调。视觉成像系统采用非接触测量法,基于结构光成像原理进行系统设计。通过坐标系转换确定图像中物体与空间物体几何信息转换方式后对相机进行标定。将三维扫描仪左右相机分别拍摄标定板并在MATLAB软件的Stereo Camera Calibrator插件中进行标定,获取相机内外参数并进行误差分析。运用三维扫描仪对钢轨表面进行扫描,获取钢轨表面点云数据后在Geomagic Studio软件进行图像处理。钢轨表面缺陷提取后进行点处理、多边形处理与曲面处理,虚拟建模后在Creo三维建模软件中进行实体建模并转换为STL文件,将文件导入Cura软件进行切片处理。本文根据切片文件G代码特性编写了G代码解释器,对切片信息进行预处理、语句分析及代码解释,将G代码文件转换为运动控制板卡可识别程序。最后基于C#语言对子系统软件进行设计与研发,该系统具有功能完整、界面友好、可移植性较强和便于操作等诸多优点。
肖旭,黄亚超,管声启,李振浩,卢浩[3]（2020）在《面向五轴3D打印的G代码解释器设计与实现》文中研究指明针对自主研发五轴3D打印系统无法直接识别G代码的问题,设计了一种面向五轴3D打印的G代码解释器。根据G代码特点,采用GRETA正则表达式和模块化处理,实现对G代码的预处理和检错分析;根据自主研发五轴3D打印系统要求对指令信息、几何特征和运动约束数据进行数据结构化处理,实现关键数据有效提取。实验结果表明:轨迹误差小于0.98μm,数据转换正确,检错功能良好。完成了自主研发五轴3D打印系统和G代码之间的数据转换。
岑碧琦[4]（2020）在《基于嵌入式Linux线切割数控系统的实时性优化及其软件开发》文中研究说明电火花线切割加工因其具有无切削力、不受限于材料的硬度和刚度特点被广泛应用于精密模具制造、汽车、医疗等领域产品的加工。国内线切割数控的发展仍滞留于PC+控制卡形式,已不能满足现代数控系统的要求。将具有功能可定制、成本低、体积小巧等优势的嵌入式技术与传统数控技术相结合,对线切割数控系统升级具有重要意义。Linux系统以其源码公开、内核可裁剪、性能稳定等优点成为嵌入式领域的热门选择。因此,结合嵌入式技术与Linux系统的优势开发出符合数控线切割加工硬实时要求的数控系统在我国向制造强国转变的大环境下具有重大现实意义。本文以优化Linux系统实时性并尝试在嵌入式平台开发线切割数控软件为目标主要做了以下研究:1、对线切割实时任务和Linux系统实时性的研究。分析研究了电火花线切割加工过程中实时任务的运行及其在通用系统调度延迟的不可预期性,提出电火花线切割数控加工对实时性的要求。对Linux系统的实时缺陷及优化方案进行说明,分析实时补丁实现的关键技术与仍存在的不足,并使用实时补丁对Linux系统实时性进行部分改造。2、提出新型调度策略。对Linux内核进程调度架构、调度器实现原理以及两种成熟的硬实时调度算法进行了比较分析,针对EDF算法在CPU过载情况下会产生连锁反应导致所有实时任务都得不到满足的情况,提出将Linux实时任务优先级与其绝对截止期相结合共同决定实时任务重要性的SPD算法。3、实现并测试新型调度策略。通过实现SPD调度类将新型算法添加进Linux内核,并对改进后的系统进行实时性测试,验证添加了新型调度算法的Linux内核可满足数控系统在轻载、过载下的实时性要求。4、搭建软件开发环境与运行环境。通过配置TFTP、NFS服务,将改进后的Linux内核、u-boot、制作的根文件系统以及Qt/E等移植进开发板完成环境搭建。5、电火花线切割数控软件开发。设计实现了软件的主要功能界面,完成了软件重要模块,包括文件读取、代码解释器、插补器等,并移植进入目标开发板同时进行了上机测试。
刘建康[5]（2020）在《面向集群部署的微服务架构数控系统研究》文中研究指明智能数控机床可以在保证加工精度、提高机床加工效率的基础上,减少人工操作干预、降低对操作人员的专业能力需求,是实现智能车间、无人工厂的必要条件,为解决人口老龄化加剧、高级技能人才不足等社会问题提供了有效途径。当前,主流市场上的数控系统仍然采用封闭式体系结构,因多源信息接入能力差而导致不能生成有效的智能决策,在制造系统中只能充当一个被动执行的角色,越来越不能满足柔性化、敏捷化、定制化的生产需求。因此,本文以实现智能数控加工车间为目标,设计开发了基于微服务架构的开放式数控系统。采用边缘计算的思想,在车间层部署云计算平台,满足万物互联背景下车间工业大数据低时延传输和处理需求,为车间智能化提供大规模并行计算能力。在此基础上,基于控制系统即服务（Control System as a Service,CSaa S）的理念,将车间内的设备控制系统集成在边缘云计算平台中,形成一个车间集群控制系统方案。继而面向车间集群控制系统提出了基于微服务架构的开放式数控系统体系结构,构建了基于微服务架构的数控系统设计技术框架。采用领域驱动设计思想,将数控系统拆分为一系列松散耦合、独立部署的微服务,并利用着色Petri网对数控系统微服务架构进行形式化建模和仿真,验证了系统架构的可行性。微服务是微服务架构数控系统的基本构成单元,开发工作也以微服务为单位实现团队分工。为了协调不同团队的开发工作,提出了基于消费者驱动契约的数控微服务开发模式,制订了具有标准语义的微服务接口契约,并建立了基于IEC 61499功能块的数控微服务层次结构模型。基于上述微服务接口契约和结构模型,分别开发实现了四个基础数控微服务:NCK微服务、Gcode微服务、RTE微服务和HMI微服务。为了在集群环境中保证数控系统实时性需求,对数控系统任务进行了类型划分,并制定了多核处理器分组调度策略。针对数控系统中具有生产者/消费者关系的数据流任务提出了反馈调度策略,通过实时监测缓存数据消耗速度,调整生产者任务的执行周期,使缓存中数据余量保持动态平衡,避免数据断流现象。针对数控系统硬实时任务,研究了任务可调度性、执行周期、延迟对控制系统稳定性和控制质量的影响。为保证分配到同一组CPU核心上的实时任务的可调度性,提出了基于响应时间的实时任务周期分配方法和基于处理器利用率的启发式周期优化方法。提出了基于容器技术的微服务架构数控系统可重构配置策略,为智能功能的灵活扩展奠定了基础。车间集群控制系统运行在一个工业服务器集群中,本文将集群节点划分为数控节点、数据节点和Web服务节点等,分别实现设备控制、大数据处理、Web服务等功能。微服务架构数控系统基于Kafka、Docker、Kubernetes等技术部署在数控节点中,并通过Ether CAT等实时以太网控制数控机床等设备。采用万兆数据网络、千兆管理网络、实时以太网、车间无线网络共同构成了车间集群控制系统网络,并对车间内的实时以太网拓扑结构和可靠性与容错技术进行了研究。最后采用一台工业服务器和两台数控机床搭建了微服务架构数控系统实验平台,并进行了相关性能测试和加工实验,验证了整体系统方案的可行性。
高鹏[6]（2020）在《基于LinuxCNC的非标刀具磨床数控系统研究》文中研究说明超声刀具是蜂窝芯材料超声切削加工系统中的关键因素,其制造精度直接影响超声切削加工质量与效率。超声刀具制造过程中的刃磨工艺是影响刀具质量的关键环节,目前国内超声刀具的制造工艺尚不成熟,主要依赖昂贵的进口刀具,这种现状严重制约着我国蜂窝芯材料超声切削加工技术的发展。由于超声刀具结构形面复杂的特殊性,导致无法在传统手工工具磨床进行精准磨削,而现有普通数控刀具磨床的数控系统主要针对市面上主流的标准刀具刃形定向设计,不适用于超声非标刀具的数控刃磨。因此,迫切需要开展超声非标刀具的磨床数控系统研究,提升国内非标复杂刃面数控磨削技术的水平,进而推动新型切削加工方法以及配套切削刀具的研究与发展。论文主要工作内容如下:1.非标刀具磨床数控系统方案设计。根据现有刀具磨床数控系统的调研,基于开放式全软件数控系统的控制理念,以及对超声非标刀具刃面磨削需求特点的分析,提出了Linux CNC数控软件+Ether CAT运动控制卡的新型刀具磨床数控系统控制方案。2.超声非标刀具磨削姿态建模及轨迹规划研究。分析了超声刀具磨削型面成型原理,建立了碗型砂轮端面磨削几何模型,并结合匕首刀和圆盘刀的刃面特点及关键几何参数,进行了匕首刀和圆盘刀磨削姿态建模及轨迹规划研究。3.集成图形参数化编程功能的磨削数控系统开发。基于Linux CNC开发平台,根据超声非标刀具的磨削姿态及轨迹,实现了超声刀具轨迹规划功能;对硬件抽象层HAL进行了针对性的文件配置,完成硬件系统和软件系统的连接;利用Py Qt和Linux CNC构建了人机交互界面,实现了全新的图形参数化编程的人机交互形式;形成了一套开放的、可扩展的且操作简单、方便的超声刀具磨床数控软件。最后以匕首刀为例进行了磨削实验,验证了数控系统参数化编程以及刀具磨削姿态建模及轨迹规划的正确性。
刘潇潇,车军,赵娜,韩壮,孙进[7]（2019）在《3D打印控制系统G代码解释器的设计与实现》文中认为针对3D打印控制系统中G代码转换的问题,结合控制系统中运动控制板卡和G代码结构特征,利用C#语言设计开发了一种基于GRETA正则表达式的G代码解释器,实现了对G代码的预处理、检查分析和解释,使其转换成板卡可识别的运动指令,完成对工作台的控制.实例验证了解释器的正确性和有效性.G代码解释器的实现对3D打印控制系统开发具有重要意义.
张钊[8]（2019）在《整体硬质合金铣刀虚拟加工关键技术研究》文中指出整体硬质合金铣刀结构复杂,且硬质合金材料硬度高于一般金属材料,加工难度系数大,需用到专用五轴工具磨床加工。在生产中,磨削工艺是瓶颈。磨削编程难度大,需要使用专用磨削工软件。如果NC代码生成错误,则可能造成过切或少切,从而导致加工出来铣刀具参数不合格、报废。在实际生产中需要多次调刀,验证切削参数正确性,造成大量浪费。采用虚拟制造技术有效解决了这一问题,磨削仿真可以检验NC代码准确性,同时可以忽略实际加工限制,尽可能快加工,提高生产效率。为了填补国内磨削软件不足,本课题在国家重大科技专项支持下与国内最大五轴工具磨床生产厂家大连光洋科技集团有限公司合作,针对整体硬质合金铣刀虚拟加工关键技术进行了以下研究:（1）为满足五轴磨削加工需求,采用了八叉树结构建立毛坯模型,八叉树模型不仅结构简单,易于数据存储,同时八叉树立方体节点能够满足Marching Cubes算法提取等值面顶点数据要求,数据重复利用,提高效率。要实现切削仿真要将八叉树模型转化为体数据结构,本文提出新方法,建立基于八叉树模型的隐式体积。隐式体积基于有符号距离场理论（Signed Distance Field）。采用距离场表示隐式体积,不生成实体模型,无需实体模型,减少布尔运算数据量,有效提高了切削仿真材料去除速度。只有刀具与毛坯接触部位进行八叉树分割,减少运算量。（2）建立Marching Cubes算法提取等值面,MC算法生成等值面只需八叉树节点立方体八个顶点坐标,以及对应顶点有符号距离场,简单高效,无需生成其他数据信息,减少不必要空间浪费。根据MC算法提取等值面的数据结构提取出多边形面片,采用多边形面片近似逼近切削面曲面。（3）模型重建坐标数据量巨大,本文采用VBO技术,提高顶点数据传输效率,减少系统资源使用。根据每次切削后获得的三维坐标数据,利用OpenGL双重缓冲技术实现切削仿真动画流畅性以及真实感,切削面与毛坯使用不同颜色渲染,显示更加直观。
李强[9]（2019）在《基于工业以太网EtherCAT的多轴运动控制系统设计与实现》文中认为运动控制系统是工业自动化装备的关键组成部分,历来被国内外企业和高校视为重点研究对象。在各国规划制造业智能化发展的时代背景下,推动控制网络化、生产敏捷化和信息集成化发展是目前的趋势所向。受实时性、传输带宽和接口标准等条件的限制,基于传统现场总线的运动控制系统难以跟上当前的发展趋势,亟需性能更优的总线技术弥补不足。EtherCAT通信协议因其通信延时低、同步精度高和结构灵活开放的特点,在众多总线技术中脱颖而出。运动控制系统与EtherCAT技术结合,对推进制造业智能化有重要的促进作用。本文针对运动控制领域的EtherCAT技术应用问题,开发基于嵌入式ARM的控制器硬件平台和EtherCAT主站软件系统,实现了基于EtherCAT通信的多轴控制;针对实际测试问题,设计开发数控程序和三轴从站平台,模拟现实生产环境,对系统的性能及功能进行了验证。主要研究工作概述如下:首先,对EtherCAT的技术规范进行研究,重点对EtherCAT数据帧结构、报文寻址原理、设备OSI模型及设备同步技术进行了研究。通过研究主站的组件构成,选择了IgH协议栈开发EtherCAT主站。针对主站硬件平台,提出本文“PC+嵌入式主站+伺服从站”的运动控制系统的设备架构。然后,设计了“AM4377核心板+底板”架构的嵌入式控制器硬件。在控制器中移植了Xenomai-Linux系统,为主站实时程序开发提供了条件。针对EtherCAT主站程序开发工作,采用IgH EtherCAT协议栈,对主站的总线管理和EtherCAT数据帧收发等功能进行封装。通过区分功能的实时性和非实时性需求,将控制器软件划分为Linux程序模块和Xenomai实时程序模块分别开发,重点对EtherCAT状态机、DC时钟同步、过程数据对象配置以及伺服模式控制等内容进行了设计和实现。其次,针对上位机开发,首先对MVC和FLUX软件架构进行了研究,通过结合两种软件框架的优点,通过“消息路由”机制方法,分离数控程序的事件消息和事件数据的传输通道,避免了程序内不同模块的交叉调用问题。通过设计数控界面、G代码解释器、ESI文件配置器等模块,实现了数控系统的基本功能。最后,为完成运动控制系统的实际应用测试,采用台达伺服驱动和倍福IO模块作为从站设备,设计了EtherCAT三轴机床实验平台。在该平台上进行性能测试和实体加工实验,验证了本套系统在通信功能和运动控制功能上的正确性和有效性。
赵娜[10]（2019）在《电子束3D打印控制系统的研究与设计》文中研究指明电子束3D打印技术以功率大、加工速度快以及运行成本低等优势,在加工制造业、医疗和航天航空等众多领域迅速得到推广与应用,本文针对课题“基于电子束的3D打印集成控制系统研制”,采用“IPC（工控机）+运动控制板卡”的硬件控制结构,并在Visual Studio2017开发环境中使用C#语言设计开发软件控制系统的方案研究并开发一种电子束3D打印控制系统。本文选用研华PCI-1245E运动控制板卡作为其硬件控制核心,为满足系统精度要求选用交流半闭环伺服控制系统进行控制,并针对工作台运动控制系统硬件部分进行选型设计;本文还设计了可输送不同直径丝材的送丝机构,同时还根据工艺要求对真空控制系统的真空机组进行了设计选型。G代码解释器是本文控制系统中的一个关键模块,故针对G代码解释器的预处理、词法分析、语法分析以及解释处理四大模块进行设计。预处理作为程序解释分析的第一步,主要负责删除G代码文件中多余的空格、注释和换行符等对后续解释无用的字符。词法分析是以单个程序段为单位扫描分析进行初级错误检查。语法分析主要采用自顶向下的方法检查程序段中语法是否存在格式错误。解释模块将G代码解释成运动控制板卡可识别的指令,进一步实现后续的加工制造。通过实例验证了本文设计开发的G代码解释器可满足功能需求,同时还具有具有较高的可移植性与拓展性。在综合分析电子束3D打印控制系统的功能需求后,本文采用C#语言针对电源系统、送丝系统以及工作台运动控制系统软件系统进行了设计与开发,采用C#和MATLAB混合编程的方式显示出轮廓清晰的模型三视图,最后以齿轮模型为例,验证了该软件系统适用于电子束3D打印控制系统,并具有功能完整、界面友好、可移植性较强和便于操作等诸多优点。
二、数控G代码解释器的设计与实现（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、数控G代码解释器的设计与实现（论文提纲范文）
（1）桌面式电火花线切割平台与实时控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 电火花线切割加工技术研究现状 |
| 1.2.2 桌面式机床研究现状 |
| 1.2.3 多核实时数控系统研究现状 |
| 1.2.4 线切割电极丝损耗与断丝研究现状 |
| 1.3 本课题的主要研究内容与意义 |
| 第二章 桌面式电火花线切割平台硬件设计 |
| 2.1 线切割平台总体设计 |
| 2.1.1 机械结构总体设计 |
| 2.1.2 数控系统结构设计 |
| 2.2 走丝模块设计 |
| 2.2.1 走丝模块结构设计 |
| 2.2.2 走丝模块控制方案 |
| 2.3 伺服进给模块设计 |
| 2.3.1 滚珠丝杠设计与校核 |
| 2.3.2 伺服进给模块控制方案 |
| 2.4 脉冲电源模块设计 |
| 2.4.1 脉冲电源主放电回路设计 |
| 2.4.2 脉冲电源控制电路设计 |
| 2.5 CAN总线通信设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 数控软件设计与多核任务分配研究 |
| 3.1 线切割数控软件的设计 |
| 3.1.1 线切割数控软件需求分析 |
| 3.1.2 线切割数控软件架构设计 |
| 3.1.3 线切割数控软件运行流程 |
| 3.2 线切割数控软件多核任务分配问题 |
| 3.2.1 多核处理器的进程间通信 |
| 3.2.2 线切割数控软件任务分类 |
| 3.3 多核任务分配问题建模 |
| 3.3.1 问题形式化描述 |
| 3.3.2 执行开销矩阵的数值化 |
| 3.3.3 通信开销矩阵的数值化 |
| 3.4 多核任务分配方案寻优 |
| 3.4.1 寻优算法选择 |
| 3.4.2 多核任务分配方案的模拟退火寻优 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 电弧脉冲识别与断丝控制研究 |
| 4.1 线切割加工中的电极丝损耗 |
| 4.1.1 电火花线切割微观机理 |
| 4.1.2 电极丝损耗理论 |
| 4.1.3 电火花线切割加工状态的分类 |
| 4.2 极间波形与断丝机理 |
| 4.3 脉冲参数对电弧放电的影响 |
| 4.3.1 电火花线切割加工实验 |
| 4.3.2 实验结果分析 |
| 4.4 基于电弧识别抑制的实时断丝控制 |
| 4.4.1 电弧识别方案硬件结构 |
| 4.4.2 电弧识别方案软件流程 |
| 4.4.3 电弧放电抑制对比试验 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于LSTM-RNN峰值电流预测与控制 |
| 5.1 LSTM-RNN神经网络介绍 |
| 5.1.1 循环神经网络模型(RNN) |
| 5.1.2 长短时记忆网络模型(LSTM) |
| 5.2 训练数据的采集与预处理 |
| 5.2.1 训练数据的采集 |
| 5.2.2 训练数据的预处理 |
| 5.3 峰值电流预测模型离线训练 |
| 5.3.1 隐含层数与批尺寸大小的设置 |
| 5.3.2 激活函数与优化函数的设置 |
| 5.3.3 时间步长与存储单元数目的设置 |
| 5.4 峰值电流在线预测与控制 |
| 5.4.1 峰值电流模型的在线部署 |
| 5.4.2 峰值电流控制程序实时性分析 |
| 5.4.3 峰值电流在线控制实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 课题研究工作总结 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文 |
（2）基于3D打印的电子束钢轨表面修复控制系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 3D打印与电子束焊接技术发展过程及研究现状 |
| 1.2.1 3D打印技术发展过程及研究现状 |
| 1.2.2 电子束焊接技术发展过程及研究现状 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 2 总体方案设计 |
| 2.1 总体结构设计 |
| 2.1.1 真空电子枪系统 |
| 2.1.2 运动平台系统 |
| 2.1.3 视觉成像系统 |
| 2.1.4 送丝系统 |
| 2.1.5 电源系统 |
| 2.2 硬件方案设计 |
| 2.3 软件方案设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 真空电子枪系统方案设计 |
| 3.1 关键技术选用 |
| 3.1.1 差分抽气技术 |
| 3.1.2 等离子体引出窗技术 |
| 3.2 真空控制系统设计 |
| 3.2.1 真空系统的设计及选型 |
| 3.2.2 可编程逻辑控制器选型及控制电路设计 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 运动平台系统设计 |
| 4.1 硬件设计及选型 |
| 4.1.1 电机选型 |
| 4.1.2 伺服驱动器选型 |
| 4.1.3 编码器选型 |
| 4.1.4 执行机构选型 |
| 4.1.5 运动板卡选型 |
| 4.2 硬件连接及设置 |
| 4.3 软件设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 视觉成像系统设计 |
| 5.1 视觉成像测量方法及原理 |
| 5.2 相机模型坐标系转换 |
| 5.2.1 四个坐标系 |
| 5.2.2 坐标转换 |
| 5.3 相机标定 |
| 5.4 基于Geomagic Studio图像处理 |
| 5.4.1 点处理 |
| 5.4.2 多边形处理 |
| 5.4.3 曲面处理 |
| 5.4.4 误差检测 |
| 5.5 三维实体建模与切片 |
| 5.6 软件设计 |
| 5.6.1 G代码解释器原理 |
| 5.6.2 G代码解释器设计 |
| 5.6.3 系统主界面设计 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（3）面向五轴3D打印的G代码解释器设计与实现（论文提纲范文）
| 0引言 |
| 1 G代码解释器结构方案 |
| 1) 预处理模块。 |
| 2) 词法分析模块。 |
| 3) 语法语义分析模块。 |
| 4) 数据提取模块。 |
| 2 实验验证及分析 |
| 2.1 轨迹误差定义 |
| 2.2 结果及分析 |
| 2.2.1 轨迹误差分析 |
| 2.2.2 检错分析 |
| 3 结 语 |
（4）基于嵌入式Linux线切割数控系统的实时性优化及其软件开发（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 课题研究背景 |
| 1.2.1 电火花线切割概述 |
| 1.2.2 电火花线切割数控系统国内外发展概况 |
| 1.2.3 嵌入式技术及其实时操作系统发展概况 |
| 1.3 文章主要内容及文章结构 |
| 第二章 实时操作系统 |
| 2.1 基本概念 |
| 2.1.1 实时系统 |
| 2.1.2 实时操作系统 |
| 2.1.3 实时操作系统特性 |
| 2.2 电火花线切割数控加工对系统实时性的要求 |
| 2.2.1 电火花线切割数控加工中的实时任务 |
| 2.2.2 电火花线切割数控系统实时任务运行分析 |
| 2.2.3 电火花线切割数控加工对系统的实时性要求 |
| 2.3 Linux操作系统 |
| 2.3.1 Linux操作系统概述 |
| 2.3.2 Linux实时性制约因素 |
| 2.3.3 Linux实时化关键技术 |
| 2.4 实时抢占补丁的移植 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 Linux进程调度机制及实时调度算法的改进 |
| 3.1 Linux系统进程调度 |
| 3.1.1 进程调度及调度器概述 |
| 3.1.2 CFS进程调度器 |
| 3.1.3 实时进程调度器 |
| 3.2 数控系统硬实时任务调度算法 |
| 3.2.1 实时调度算法基本概念 |
| 3.2.2 数控系统的硬实时调度算法 |
| 3.3 EDF调度算法分析 |
| 3.3.1 调度过程 |
| 3.3.2 系统开销 |
| 3.3.3 过载分析 |
| 3.3.4 EDF算法的优劣 |
| 3.4 EDF算法改进 |
| 3.4.1 优化设计思路 |
| 3.4.2 算法改进具体描述 |
| 3.4.3 改进算法可行性分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 数控系统实时调度算法的实现 |
| 4.1 SPD调度策略相关数据结构 |
| 4.1.1 修改sched.h文件 |
| 4.1.2 修改core.c文件 |
| 4.2 SPD调度调度器详细设计 |
| 4.3 就绪队列 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 数控系统软件的开发及环境搭建 |
| 5.1 开发环境搭建 |
| 5.1.1 宿主机开发环境搭建 |
| 5.1.2 目标板开发环境搭建 |
| 5.2 运行环境搭建 |
| 5.2.1 改进内核的编译 |
| 5.2.2 根文件系统的制作 |
| 5.2.3 QtE编译移植 |
| 5.3 数控软件的设计与实现 |
| 5.4 数控软件主要功能的实现 |
| 5.4.1 数控代码解释器 |
| 5.4.2 数控轨迹插补器 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 系统性能测试与分析 |
| 6.1 测试环境及测试工具 |
| 6.1.1 测试内容和测试环境 |
| 6.1.2 测试工具 |
| 6.2 测试方法及结果分析 |
| 6.3 软件上机效果测试 |
| 6.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的论文/专利 |
| 致谢 |
（5）面向集群部署的微服务架构数控系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景 |
| 1.2 数控系统相关研究现状 |
| 1.2.1 开放式数控系统研究现状 |
| 1.2.2 智能化数控系统研究现状 |
| 1.2.3 数控系统软硬件结构研究现状 |
| 1.2.4 数控系统实时性研究现状 |
| 1.3 微服务架构及其在数控领域的应用 |
| 1.3.1 微服务架构和面向服务架构 |
| 1.3.2 微服务架构在数控系统中的应用 |
| 1.4 当前研究存在的问题 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 面向车间集群控制的微服务架构数控系统设计 |
| 2.1 基于边缘计算的车间集群控制系统方案 |
| 2.1.1 面向智能车间场景的边缘计算架构 |
| 2.1.2 集散控制系统与集群控制系统 |
| 2.1.3 车间集群控制系统人机交互方式 |
| 2.2 面向集群控制的微服务架构数控系统设计技术框架 |
| 2.3 微服务架构数控系统结构设计 |
| 2.3.1 数控微服务划分策略 |
| 2.3.2 基于子领域的数控系统微服务划分 |
| 2.3.3 基于消息通信的分布式数控系统体系结构 |
| 2.4 基于Petri网的微服务架构形式化建模与验证 |
| 2.4.1 基于着色Petri网的形式化描述方法 |
| 2.4.2 基于着色Petri网的形式化建模与验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 微服务架构数控系统开发关键技术研究 |
| 3.1 基于消费者驱动契约的数控微服务开发模式 |
| 3.1.1 基于消费者驱动契约的微服务开发流程 |
| 3.1.2 数控微服务接口契约制订 |
| 3.2 基于IEC61499功能块的数控微服务层次结构模型 |
| 3.3 NCK微服务开发关键技术 |
| 3.3.1 NCK微服务IEC61499 功能块开发 |
| 3.3.2 基于滑动窗口的前瞻速度规划方法 |
| 3.4 其他微服务开发关键技术 |
| 3.4.1 Gcode微服务 |
| 3.4.2 RTE微服务开发 |
| 3.4.3 HMI微服务和Web人机界面 |
| 3.4.4 其他智能功能微服务扩展策略 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 微服务架构数控系统实时任务调度研究 |
| 4.1 微服务架构数控系统任务类型及调度策略 |
| 4.1.1 数控系统任务类型划分 |
| 4.1.2 多核处理器分组调度策略 |
| 4.2 数控系统数据流任务调度研究 |
| 4.2.1 数控系统数据流模型及反馈调度算法 |
| 4.2.2 反馈调度算法实验验证 |
| 4.3 数控系统硬实时任务调度研究 |
| 4.3.1 实时任务可调度性判据 |
| 4.3.2 可调度性对控制稳定性的影响 |
| 4.3.3 周期和延迟对控制质量的影响 |
| 4.4 实时任务调度参数选择和优化 |
| 4.4.1 基于响应时间的实时任务周期分配 |
| 4.4.2 启发式实时任务调度参数优化方法 |
| 4.4.3 启发式任务周期优化方法实验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 微服务架构数控系统集群部署与功能验证 |
| 5.1 微服务架构数控系统集群配置部署策略 |
| 5.2 车间集群控制系统运行环境搭建 |
| 5.2.1 集群节点划分及基础软件部署 |
| 5.2.2 车间集群控制系统网络结构 |
| 5.2.3 车间集群控制系统可靠性与容错技术 |
| 5.3 微服务架构数控系统集群配置部署 |
| 5.3.1 Kafka消息代理集群部署及应用配置 |
| 5.3.2 数控微服务Docker容器镜像构建 |
| 5.3.3 基于Kubernetes的数控微服务集群部署 |
| 5.3.4 Ether CAT容器配置部署 |
| 5.4 微服务架构数控系统实验测试 |
| 5.4.1 实验平台搭建 |
| 5.4.2 关键性能测试 |
| 5.4.3 智能颤振抑制微服务功能测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（6）基于LinuxCNC的非标刀具磨床数控系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 刀具磨床及数控系统的国内外研究现状 |
| 1.2.1 刀具磨床的国内外发展现状 |
| 1.2.2 磨床数控系统的国内外研究现状 |
| 1.3 论文来源及主要研究内容 |
| 第二章 非标刀具磨床数控系统方案设计 |
| 2.1 超声非标刀具数控系统功能需求与设计原则 |
| 2.2 非标刀具磨削数控系统构架分析 |
| 2.3 超声非标刀具磨床数控系统硬件结构设计 |
| 2.3.1 硬件系统功能模块分析 |
| 2.3.2 硬件系统具体实现方式 |
| 2.4 超声非标刀具磨床数控系统软件结构设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 超声非标刀具磨削姿态及轨迹研究 |
| 3.1 超声刀具磨削型面成型原理 |
| 3.1.1 超声刀具几何结构分析 |
| 3.1.2 碗型砂轮端面磨削的成型机理 |
| 3.2 砂轮端面磨削几何模型分析 |
| 3.2.1 砂轮与工件接触弧长 |
| 3.2.2 砂轮回转端面方程建立 |
| 3.3 磨削刀位轨迹模型推导及求解 |
| 3.3.1 匕首型刀具的磨削轨迹推导及求解 |
| 3.3.2 圆盘型刀具的磨削轨迹推导及求解 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 集成图形参数化编程功能的磨削数控系统开发 |
| 4.1 Linux CNC软件主要模块功能分析 |
| 4.2 硬件抽象层HAL设计 |
| 4.2.1 硬件抽象层原理 |
| 4.2.2 硬件抽象层设计与实现 |
| 4.3 轨迹规划功能的设计 |
| 4.3.1 G代码生成方式分析 |
| 4.3.2 轨迹规划功能的设计与实现 |
| 4.4 基于PyQt的超声刀具数控磨床人机交互界面设计与开发 |
| 4.4.1 人机交互界面设计原则与开发环境 |
| 4.4.2 图形参数化编程人机交互界面设计与实现 |
| 4.5 数控系统主要功能测试 |
| 4.5.1 模块间通讯测试 |
| 4.5.2 匕首型刀具磨削实验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（7）3D打印控制系统G代码解释器的设计与实现（论文提纲范文）
| 1 G代码解释器 |
| 1.1 预处理 |
| 1.2 词法分析 |
| 1.3 语法分析 |
| 1.4 提取加工信息 |
| 2 G代码解释器的结构 |
| 2.1 解释器结构 |
| 2.2 G代码结构 |
| 3 设计与实现 |
| 3.1 源代码载入 |
| 3.2 预处理 |
| 3.3 检查 |
| 3.4 解释 |
| 3.5 轨迹显示与控制信号输出 |
| 4 实例验证 |
| 5 结论 |
（8）整体硬质合金铣刀虚拟加工关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 课题研究现状及研究意义 |
| 1.3 本文研究主要内容 |
| 第二章 切削仿真算法研究 |
| 2.1 磨削加工分析 |
| 2.2 仿真算法研究 |
| 2.2.1 基于实体仿真方法 |
| 2.2.2 近似仿真法 |
| 2.3 毛坯建模方法研究 |
| 2.4 切削仿真原理 |
| 2.5 切削面重建 |
| 2.6 切削数据存储 |
| 本章小结 |
| 第三章 切削仿真图像研究 |
| 3.1 常用图形库介绍 |
| 3.2 OpenGL显示原理 |
| 3.2.1 图形渲染管线 |
| 3.2.2 帧缓冲区 |
| 3.3 图形绘制 |
| 3.3.1 OpenGL双缓冲技术 |
| 3.3.2 模型绘制 |
| 本章小结 |
| 第四章 数控代码解释器 |
| 4.1 RS274编译 |
| 4.2 RS274运行 |
| 本章小结 |
| 第五章 切削仿真实现及验证 |
| 5.1 开发环境配置 |
| 5.1.1 图形库配置 |
| 5.1.2 函数库配置 |
| 5.2 操作界面实现 |
| 5.3 毛坯八叉树模型建立 |
| 5.4 基于距离场的隐式建模 |
| 5.5 材料去除 |
| 5.6 模型重建及切削动画显示 |
| 5.6.1 模型重建 |
| 5.6.2 切削过程动态显示 |
| 5.7 研究结果验证 |
| 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（9）基于工业以太网EtherCAT的多轴运动控制系统设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景和意义 |
| 1.2 国内外发展及研究现状 |
| 1.2.1 运动控制器的研究现状及趋势 |
| 1.2.2 工业以太网的研究现状 |
| 1.2.3 EtherCAT运动控制器的发展现状 |
| 1.3 课题来源及主要研究内容 |
| 第二章 EtherCAT主站方案设计 |
| 2.1 EtherCAT通信技术 |
| 2.1.1 通信原理 |
| 2.1.2 数据帧结构 |
| 2.1.3 报文寻址原理 |
| 2.1.4 设备OSI模型 |
| 2.1.5 设备同步技术 |
| 2.2 主站方案设计 |
| 2.2.1 主站基础架构 |
| 2.2.2 主站运行平台 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 EtherCAT运动控制器软硬件总体设计 |
| 3.1 控制器硬件设计 |
| 3.2 控制器软件总体设计 |
| 3.2.1 功能需求分析 |
| 3.2.2 系统架构设计 |
| 3.2.3 以太网通信方案设计 |
| 3.3 控制器实时系统方案 |
| 3.3.1 实时系统概述 |
| 3.3.2 Xenomai实时框架 |
| 3.3.3 Xenomai实时线程分析 |
| 3.3.4 Xenomai内核移植 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 EtherCAT运动控制器软件开发 |
| 4.1 控制器程序模块划分方案 |
| 4.1.1 模块划分 |
| 4.1.2 模块间跨域通信 |
| 4.2 控制器Linux程序模块实现 |
| 4.2.1 任务流程实现 |
| 4.2.2 编程接口库设计 |
| 4.3 控制器Xenomai程序模块实现 |
| 4.3.1 实时任务实现 |
| 4.3.2 运行参数管理单元 |
| 4.3.3 会话任务线程实现 |
| 4.3.4 主站核心服务线程实现 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 数控应用程序开发 |
| 5.1 数控程序总体架构设计 |
| 5.1.1 分层架构 |
| 5.1.2 架构优化设计 |
| 5.1.3 UML类对象模型 |
| 5.2 数控程序视图界面设计 |
| 5.3 数控程序核心服务实现 |
| 5.3.1 文本业务流程 |
| 5.3.2 本地配置器 |
| 5.3.3 G代码解释器 |
| 5.3.4 ESI文件配置器 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 系统性能测试及加工实验 |
| 6.1 控制器性能测试实验 |
| 6.1.1 周期任务时钟抖动测试 |
| 6.1.2 多轴控制同步性测试 |
| 6.2 多轴运动控制系统实体加工实验 |
| 6.2.1 EtherCAT三轴机床搭建 |
| 6.2.2 加工实验结果 |
| 6.3 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及授权的专利 |
| 致谢 |
| 附录 A |
（10）电子束3D打印控制系统的研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 3D打印技术概述 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 2 电子束3D打印系统总体方案设计 |
| 2.1 系统总体方案设计 |
| 2.1.1 工作台运动控制系统 |
| 2.1.2 送丝系统 |
| 2.1.3 真空控制系统 |
| 2.1.4 电源系统 |
| 2.2 系统硬件设计方案 |
| 2.3 系统软件设计方案 |
| 3 系统硬件设计及选型 |
| 3.1 运动控制方案的选择 |
| 3.1.1 采用通用或专用DSP芯片 |
| 3.1.2 采用可编程逻辑控制器PLC |
| 3.1.3 采用以AVR单片机为核心的集成主板 |
| 3.1.4 采用PCI运动板卡控制 |
| 3.2 运动控制板卡选型 |
| 3.2.1 PCI-1245E运动控制板卡 |
| 3.2.2 端子板 |
| 3.3 伺服系统的设计与选型 |
| 3.3.1 伺服系统的基本特点 |
| 3.3.2 伺服系统设计 |
| 3.4 工作台运动控制系统硬件选型 |
| 3.4.1 伺服电机和驱动器选型 |
| 3.4.2 执行机构选型 |
| 3.4.3 限位开关设计 |
| 3.5 送丝系统设计 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 G代码解释器设计 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 G代码解释器原理 |
| 4.3 功能模块设计 |
| 4.3.1 读取G代码 |
| 4.3.2 预处理模块 |
| 4.3.3 正则匹配 |
| 4.3.4 词法分析 |
| 4.3.5 语法分析 |
| 4.3.6 解释 |
| 4.4 实例验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 系统软件设计 |
| 5.1 软件系统功能需求分析 |
| 5.2 系统主界面 |
| 5.3 送丝及工作台运动控制系统 |
| 5.4 轨迹显示 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
四、数控G代码解释器的设计与实现（论文参考文献）
- [1]桌面式电火花线切割平台与实时控制技术研究[D]. 曹俊. 江南大学, 2021(01)
- [2]基于3D打印的电子束钢轨表面修复控制系统研究[D]. 邱泽浩. 兰州交通大学, 2021(02)
- [3]面向五轴3D打印的G代码解释器设计与实现[J]. 肖旭,黄亚超,管声启,李振浩,卢浩. 西安工程大学学报, 2020(03)
- [4]基于嵌入式Linux线切割数控系统的实时性优化及其软件开发[D]. 岑碧琦. 广东工业大学, 2020(02)
- [5]面向集群部署的微服务架构数控系统研究[D]. 刘建康. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [6]基于LinuxCNC的非标刀具磨床数控系统研究[D]. 高鹏. 杭州电子科技大学, 2020(01)
- [7]3D打印控制系统G代码解释器的设计与实现[J]. 刘潇潇,车军,赵娜,韩壮,孙进. 兰州交通大学学报, 2019(03)
- [8]整体硬质合金铣刀虚拟加工关键技术研究[D]. 张钊. 大连交通大学, 2019(08)
- [9]基于工业以太网EtherCAT的多轴运动控制系统设计与实现[D]. 李强. 广东工业大学, 2019(02)
- [10]电子束3D打印控制系统的研究与设计[D]. 赵娜. 兰州交通大学, 2019(04)