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畢業(yè)設(shè)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(xué) 號： 外文出處： 附 件： 資料翻譯譯文； 指導(dǎo)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(yīng) 用 場總線 設(shè)計分布式體系結(jié)構(gòu)的機床 , 54506 要 ： 在這篇論文里，我們提出了基于 場總線技術(shù)的分布式控制系統(tǒng)。 它取代了傳統(tǒng)的 算機化數(shù)字控制裝置 )， 應(yīng)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(wǎng)絡(luò)相連接。這個系統(tǒng)的主要構(gòu)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(wù)，有的是用作運動控件，其他用來評估感應(yīng)器以及調(diào)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(wù)分布，又能起到設(shè)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(jié)構(gòu)已經(jīng)成為許多科學(xué)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(lǐng)域，現(xiàn)在使用的 它是集中型的，僅限于一些固定型號的轉(zhuǎn)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(shù)和通訊網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)提供了廣闊的前景。 本論文致力于一種分布式機床體系結(jié)構(gòu)的研究。它的依據(jù)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(wù)和分布式數(shù)據(jù)，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(jīng)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(shù)值的變化，機器成功地作出協(xié)調(diào)的動作回應(yīng)。 本論文組織如下。第二部分是機床控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的描述。第三部分是泛函分析，控制函數(shù)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(jié)。 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(jié)構(gòu)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(wù)是控制工作部件的機械加工。它包括兩個不同但相關(guān)聯(lián)的任務(wù)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(yīng)的反應(yīng)，并在機床上執(zhí)行指定的操作，如：器械轉(zhuǎn)換、冷卻、潤滑等。 圖 1 功能體系結(jié)構(gòu) 按照時間順序，這個任務(wù)也可以劃分成兩個步驟：控件程序設(shè)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(shù)據(jù)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(zhì)。 · 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(yīng)的基本運動可以并行地被計算。這個構(gòu)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(fù)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(gòu)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(zhì)量、生產(chǎn)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(shù)據(jù)處理過程，這是因為對于指定的一組感應(yīng)器和執(zhí)行器，他們的數(shù)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(shè)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(jié)構(gòu)（圖 3）。在這個結(jié)構(gòu)里，每個節(jié)點都有一個通信模塊，并且它們對實際設(shè)備擁 有局部的決定權(quán)。這些節(jié)點的一般結(jié)構(gòu)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(diào)遠程任務(wù)。 圖 3 機床控制分配系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 分布式控制系統(tǒng) 的設(shè)計可分成三個步驟： · 函數(shù)體系結(jié)構(gòu)這種模型的建立與硬件和通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇是無關(guān)的。 · 硬件體系結(jié)構(gòu) 。它由一組基于計算機的模數(shù)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(jié)構(gòu)，它是通過將函數(shù)體系結(jié)構(gòu)的不同元素映射到硬件體系結(jié)構(gòu)上而得到的。 操作體系結(jié)構(gòu)最重要的元素之一是任務(wù)分配準則和實際限制，他限制了分配的選擇性。 函數(shù)分布 一個控制系統(tǒng)通常用幾個函數(shù)來完成一個給定的目標。那么，設(shè)計控制系統(tǒng)也就是設(shè)計他的函數(shù)。硬件和軟件的選擇必須根據(jù)函數(shù)要求。把復(fù)雜的函數(shù)分解成幾個簡單的函數(shù)能夠簡化硬件和軟件的設(shè)計，因此，這使得系統(tǒng)的修改更加簡單，而且其可靠性和復(fù)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(shù)分解。函數(shù)結(jié)構(gòu)體系能用一組處理模數(shù)的基本數(shù)據(jù)來描述。這些數(shù)據(jù)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(shù)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(chǎn)生負載，因此在分解階段，我們應(yīng)該保持函數(shù)之間的自主性，使不必要的網(wǎng)絡(luò)信息流通量減到最小。 結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計技術(shù) ）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(shù)描述。 它給出了應(yīng)該在機制程式中顯示的基本函數(shù)。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(wǎng)絡(luò)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(jù)泛函分析的結(jié)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(yīng)該被安排在離它們相應(yīng)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(shù)限制 有時候，根據(jù)函數(shù)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(shè)備。例如，一個 可編程序控制器 有一定數(shù)量的端口，數(shù)字的或者模擬的輸入輸出。如果它的感應(yīng)器的數(shù)量比輸入多一個，那么這個多出來的感應(yīng)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(shù)限制性而被調(diào)整。 成本限制 成本限制和技術(shù)限制有很緊密的聯(lián)系。對所有設(shè)計者來說，成本是最重要的因素之一。設(shè)計者要開發(fā)所選硬件的最大性能，就需要把一些應(yīng)該根據(jù)原先條件分布的函數(shù)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(shù)、位置、技術(shù)和成本降低等參數(shù)的模型體系。我們也需要利用模擬工具來對分布的結(jié)果進行評估，并且看它是否與預(yù)期的效 果和成本要求一致。 附件 2：外文原文 （復(fù)印件）