题目：基于组件的开放式数控系统建模与关键技术研究

数控系统的开放性是当今数控技术的主要发展趋势之一。数控系统的开放性研究旨在建立一种新型的模块化、可重构、可扩充的系统结构，从而能够实现高效率、高质量、高柔性、低成本的数控系统开发模式。组件技术是开放性研究中的核心技术。本文提出了基于组件的开放式数控系统相关概念和系统结构，对整个系统进行了建模，提出了系统的软硬件总体设计方案，对该开放式系统的重要组件插补器进行了介绍和详细算法分析，并给出了一系列仿真和系统试验以验证本文提出的系统模型和算法的有效性及优势。组件是指系统中可替换的物理单元，该单元封装了实现细节并提供了一组接口。它具有信息隐藏性，软件开发商可进行独立开发。使用组件进行系统构建时只需关注系统接口描述和规范。因此可极大提高系统开发效率，减少开发成本，利于维护和保证系统稳定性。本文对基于组件的开放式数控系统的相关概念、体系结构以及系统组成进行了详细说明。提出了组件的形式化定义，设计了[虚拟模块系统：系统组件库]这一开放式数控系统体系结构模式，并描述了该结构模式的相关实现细节。数控系统是一种典型的硬实时安全系统，系统设计完成后的试验在很多情况下并不能有效的保证系统的正确性、安全性和可靠性。在系统设计的初期引入形式化的描述和验证方法对于质量控制是一种很好的解决方案。因此在本文中，提出了一种新的形式化描述和验证体系结构——TTM/ATRTTL。它基于开放性和组件的概念对数控系统进行建模，并对其逻辑控制和需满足的系统实时性进行验证，该体系结构可以保证数控系统的可靠性、安全性和实时性，从而在此模型框架上才能进一步考虑更多的数控系统实现细节。基于上述建立的系统的基本模型，下一步就需对系统实现的细节进行分析和研究。基于该系统开放性、实时性、安全性、可靠性、低成本的需求，选定RT-Linux作为系统运行平台，提出了软硬件划分原则和系统软硬件协同设计方法，并最终给出了基于组件的开放式数控系统软件体系结构和硬件体系结构。组件是该数控系统最基本的组成单位，其中插补器是其中最核心的组件模块。本文针对插补器速度处理进行了深入研究。首先，提出了一种能够解决由于轨迹离散化造成的“尾巴”现象的插补前S型加减速算法。基于该S型加减速算法，提出一种速度前瞻控制算法。由于NURBS曲线是自由型零件、产品几何表达的唯一形式，得到了越来越广泛的应用，因此本文提出一种基于de Boor算法的NURBS曲线插补算法和自适应速度控制方法。以上算法均得到了仿真及系统正确性验证。通过以上各部分的研究，最终可以得到一个基于组件的开放式数控系统的设计流程：系统分析—系统建模与验证—系统方案与软硬件协同设计—系统组件设计，从而最终实现以合理的标准化的方式完成整个系统的开发。