基于Petri网的集成数控系统研究

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1、硕士学位论文基于Petri网的集成数控系统研究RESEARCHONINTEGRATEDCNCSYSTEMBASEDONPETRINET王骞哈尔滨工业大学2018年7月国内图书分类号：TH164学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于Petri网的集成数控系统研究硕士研究生：王骞导师：富宏亚教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH164U.D.C:621Disser

2、tationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONINTEGRATEDCNCSYSTEMBASEDONPETRINETCandidate：WangQianSupervisor：Prof.FuHongyaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefe

3、nce：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着产品越来越多样化，数控功能越来越复杂化，对数控系统可重构、可移植、可扩展的呼声越来越高，近年软硬件技术飞速发展，开展开放式数控系统的研究，可为将来超大计算量、更强实时性数控系统的运用奠定基础。更进一步地开展集成式数控系统的研究，改变现有机床和系统一一对应的结构，提高集成度，为将来的工业自动化集成控制奠定基础。本文基于高性能通

4、用多核处理器平台，采用实时工业以太网，旨在开发集成数控系统。首先分析比较了改造数控系统、虚拟机技术和容器技术实现集成数控的优势和不足，确定以容器虚拟化技术为核心的数控集成方案。为了降低耦合提高集成度，将数控系统按功能划分成译码、离散、前瞻、加减速、插补、位置控制等功能模块，每个模块分别运行在一个容器上，隔离运行，通过调度模块统一调度，使加工效率和资源利用率达到最高，调度模块还可以缓存各个模块产生的数据，接受用户请求。为了连接虚拟环境中的数控系统和宿主机中的网络驱动模块，设计了具有数据缓存功能的通信模

5、块。相对于集成数控系统软件，硬件的方案设计比较简单，采用实时工业以太网Powerlink协议，连接系统所有的伺服驱动器和I/O设备。为了保证数控系统开发过程的正确性和可靠性，通常采用形式化方法对系统建模分析，对于多任务并发、无限状态系统，Petri网建模具有更好的描述效果。采用着色Petri网对数控系统进行不同层次的建模，先建立数控系统的顶层Petri网模型，顶层模型包括数控部分和调度部分。对于数控部分，可继续对功能子模块建模，对于调度模块，采用优先级抢占调度策略，设计了基于任务依赖和基于数据流两种

6、确定优先级的任务调度策略，并分别对两种调度策略进行Petri网建模分析。最后搭建集成数控系统实验平台，对数控系统外部环境测试，包括虚拟环境、实时环境和连接两者的通信模块，分别对三个部分进行测试并分析实时性。基于上述的测试和分析，确定集成数控系统加工各任务模块周期参数，进行加工实验，验证数控系统集成的可行性。关键词：集成数控系统；着色Petri网；任务调度；容器技术；实时工业以太网；-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractOpening,networkingandintellectuali

7、zationarethefuturedevelopmentaltrendsofnumericalcontroltechnology.Asproductsbecomemoreandmorediversified,NCfunctionsbecomemoreandmorecomplex,andthevoiceofreconfigurable,portableandscalableCNCsystemsisgettinghigherandhigher.Withtherapiddevelopmentofsoft

8、wareandhardwaretechnologyinrecentyears,theresearchofopenCNCsystemcanlaythefoundationfortheapplicationofthelargeamountofcomputationandtheapplicationofthestrongerreal-timeperformanceofCNCsystem.FurtherresearchonintegratedCNCsystemwillbeca