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畢業(yè)設計 (論文 )外文資料翻譯 系 部： 機械 工程 系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 學 號： 外文出處： 附 件： 資料翻譯譯文； 指導教師評語： 簽名： 年 月 日 注： 請將該封面與附件裝訂成冊。 (用外文寫 ) 附件 1：外文資料翻譯譯文 應 用 場總線 設計分布式體系結構的機床 , 54506 要 ： 在這篇論文里，我們提出了基于 場總線技術的分布式控制系統(tǒng)。 它取代了傳統(tǒng)的 算機化數字控制裝置 )， 應用于機床 。 這個系統(tǒng)由一系列的基于微處理機的模塊組成（如 動控制器，輸入輸出系統(tǒng)等），它們由 快速鏈路脈沖 實時網絡相連接。這個系統(tǒng)的主要構想是使得每個模塊智能化 ,以此來提高整個系統(tǒng)的靈活性和容錯能力。 每個模塊都是一個子控制系 統(tǒng)，他們完成各自的控制任務，有的是用作運動控件，其他用來評估感應器以及調控執(zhí)行器。模塊之間的通信（即信息交流和同步）是由 速鏈路脈沖 )而得以保證。 這個系統(tǒng)既能任務分布，又能起到設備拓撲分布的作用。在這里我們將討論一些分布準則，并描述一個實驗性實施。 近年來，分布式系統(tǒng)體系結構已經成為許多科學研究工作的課題。它在系統(tǒng)集成上扮演著很重要的角色。在機床控制領域，現(xiàn)在使用的 它是集中型的，僅限于一些固定型號的轉軸，耗時、不靈活，并且很難與計算機集成制造環(huán)境相兼容。 超大規(guī)模 集成電路 微處理器技術和通訊網絡的快速發(fā)展，使人們開始考慮使用分配式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點有：性能高、模塊化、完整和可靠，并且不需要完全的硬盤替換就能漸進式擴充。 這為控制系統(tǒng)體系結構提供了廣闊的前景。 本論文致力于一種分布式機床體系結構的研究。它的依據是智能裝置在通信線路上的相互連接。它的特點是分布式任務和分布式數據，但其運用的是獨特的接入控制系統(tǒng)。系統(tǒng)是運用標準裝置和 并且經過了實驗的論證。在這個實驗中，系統(tǒng)控制一個多軸的機器，隨著傳感器數值的變化，機器成功地作出協(xié)調的動作回應。 本論文組織如下。第二部分是機床控制系統(tǒng)體系結構的描述。第三部分是泛函分析，控制函數分布圖以及分布的準則及其限制性的描述。第四部分簡略描述了廠儀表協(xié)議 )，以及第五部分是我們實驗實施的大綱。 最后在第六部分，我們通過一些概要和今后的研究視角予以總結。 機床控制系統(tǒng)是個實時的，多工的系統(tǒng)。 （ 圖 1） 是該系統(tǒng)的傳統(tǒng)功能體系結構圖。他包括三個單元：用戶界面和監(jiān)控，程序裝置和伺 服 機件，以及傳感器和執(zhí)行器單元 。這個系統(tǒng)的主要任務是控制工作部件的機械加工。它包括兩個不同但相關聯(lián)的任務體： · 保證機床的可移動裝置的精確運行軌道并進行速度控制 。 · 檢查定位過程的正確實施，對環(huán)境的改變做出相應的反應，并在機床上執(zhí)行指定的操作，如：器械轉換、冷卻、潤滑等。 圖 1 功能體系結構 按照時間順序，這個任務也可以劃分成兩個步驟：控件程序設計和控件程序執(zhí)行。在第一個步驟中，在機床組合上沒有進行直接的操作，只是指定了將要被執(zhí)行的動作和操作。這個可以看作是數據獲知和處理過程。而在第二個步驟中，控件被有效地執(zhí)行。值得一提的是，在步驟二中出現(xiàn)的平行化是因為其多工的本質。 · 因為是多軸支持的機床，它擁有不止一個伺 服系統(tǒng)來控制它的機械運動（圖 2）。為了使其精確地在軌道運行，控制系統(tǒng)需要計算所有軸承的中間點的配位。這要花費很多的時間，也需要一個強大的運算控制器。但是通過把局部智能分配給每個軸控件，每個軸承的相應的基本運動可以并行地被計算。這個構想對于傳統(tǒng)系統(tǒng)的性能提升有著及其重要的作用。因為對軌道越是要求精確，加工過程就會越復雜，這就更加需要系統(tǒng)是實時的，并且對軸承的同步性也要求更高，也就增加了計算的量。在平行架構系統(tǒng)里，將計算分配到許多處理節(jié)點上進行處理，會加快整個計算過程，并且提高了加工的質量、生產率和精確度。 對于輔助操作控制也存在著同樣的問題，也就是，裝置越多，就需要更多的傳感器和執(zhí)行器。邏輯自動性基于一個周期性數據處理過程，這是因為對于指定的一組感應器和執(zhí)行器，他們的數值是周期性地被讀寫或者計算的。如果這個計算過程可以被分配到幾個節(jié)點上，并且并行地同時進行，那么計算每個傳感器和執(zhí)行器的子設備的時間周期會小的多，這就大量地減少了初始時間，也就使得我們能更好地滿足實時的要求。 圖 2 多橋伺服系統(tǒng) 這樣就使得我們?yōu)闄C床的控制提出了新的分布結構（圖 3）。在這個結構里，每個節(jié)點都有一個通信模塊，并且它們對實際設備擁 有局部的決定權。這些節(jié)點的一般結構都由一個專用的系統(tǒng)控制，這個專用系統(tǒng)要保存，并且分配和協(xié)調遠程任務。 圖 3 機床控制分配系統(tǒng)結構 分布式控制系統(tǒng) 的設計可分成三個步驟： · 函數體系結構這種模型的建立與硬件和通訊網絡的選擇是無關的。 · 硬件體系結構 。它由一組基于計算機的模數以及它們的操作系統(tǒng)和通信通路（通信協(xié)定和連接）組成。 · 操作體系結構，它是通過將函數體系結構的不同元素映射到硬件體系結構上而得到的。 操作體系結構最重要的元素之一是任務分配準則和實際限制，他限制了分配的選擇性。 函數分布 一個控制系統(tǒng)通常用幾個函數來完成一個給定的目標。那么，設計控制系統(tǒng)也就是設計他的函數。硬件和軟件的選擇必須根據函數要求。把復雜的函數分解成幾個簡單的函數能夠簡化硬件和軟件的設計，因此，這使得系統(tǒng)的修改更加簡單，而且其可靠性和復用性也得到了提高。 另外，現(xiàn)有的許多泛函分析和方法，如 幫助我們簡單地實現(xiàn)函數分解。函數結構體系能用一組處理模數的基本數據來描述。這些數據叫做分布微粒，它們既不能分布與幾個節(jié)點上，也不能被分開執(zhí)行。目前，還沒有什么方法能將函數分解成分布微粒，并且能作為描述形式的最 低分解水平還沒有被定義。不可避免地，分配會使通信產生負載，因此在分解階段，我們應該保持函數之間的自主性，使不必要的網絡信息流通量減到最小。 結構分析和設計技術 ）是最常用的泛函分析方法之一。使用 們可以對 （ 圖 4） 中的機制程式進行函數描述。 它給出了應該在機制程式中顯示的基本函數。通過上面的圖解，以機械加工為例，我們可以把機制程式分解成幾個子流程（見圖 5）。 位置分布 這個分布系統(tǒng)的特性之一是，它的硬件不再是一個整體， 而是由許多位置上分隔開的元素組成的。當這些元素通過網絡互聯(lián)時，它們可 以看作是一個個節(jié)點。節(jié)點的選擇是根據泛函分析的結果，而它們的定位是由分布位置的限制性決定的。在機床控制體系分布中，除了控制終端，其他的節(jié)點都應該被安排在離它們相應的機械裝置盡可能近的地方。這樣他們之間的連接得以最小化。這對于大規(guī)模的機器是很重要的一方面。 技術限制 有時候，根據函數要求或者位置要求，甚至兩種兼顧的分布很難運用于工業(yè)設備。例如，一個 可編程序控制器 有一定數量的端口，數字的或者模擬的輸入輸出。如果它的感應器的數量比輸入多一個，那么這個多出來的感應器就有可能需要從一個節(jié)點移開，而被連接到另一個節(jié)點上 。所以最初的分布可能由于技術限制性而被調整。 成本限制 成本限制和技術限制有很緊密的聯(lián)系。對所有設計者來說，成本是最重要的因素之一。設計者要開發(fā)所選硬件的最大性能，就需要把一些應該根據原先條件分布的函數整合起來。 圖 4 態(tài) ： 機制處理功能的分析 圖 5 機制中心的一些功能 現(xiàn)在的目標是要把這些不同的條件考慮進去，以獲取最佳的分布，但是現(xiàn)在還沒有特定的解決方法。這就要求我們研究涉及了函數、位置、技術和成本降低等參數的模型體系。我們也需要利用模擬工具來對分布的結果進行評估，并且看它是否與預期的效 果和成本要求一致。 附件 2：外文原文 （復印件）