基于WINDOWS的开放式数控系统的研究
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摘要
数控系统的产生和发展与计算机技术的发展是紧密相连的，当前数控技术研究的热点之一是在PC机操作系统上构建在硬件和软件上都具有良好的开放性的数控系统。
WINDOWS系统是PC机上的主流操作系统，WINDOWS操作系统具有开放性、易操作性、集成开发环境的多样性，所以开发基于WINDOWS平台的数控系统已是必然趋势。本文研究以PC机为基础，运行于WINDOWS操作系统的开放式数控系统。即研究数控系统的开放式结构，利用通用硬件和软件，使数控系统能够作为通用的控制器，控制通用机床、专用机床、和其他机械装置。论文的主要工作包括：
1、论述了开放式数控的现状及发展趋势。
2、对基于WINDOWS的数控系统下的实时控制进行了研究，对采用动态链接库和VxD技术处理中断进行了比较和分析，并且详尽地论述了VxD技术的原理。
3、对WINDOWS下的数控系统的多任务特性进行了分析，并给出了采用多线程技术来解决数控系统下并行多任务调度的方法。
4、论述了采用面向对象技术来实现数控系统软件可重用性，开放性的方法。
5、使用VxD技术和多线程技术，在Windows98下以PCL832运动控制卡为核心构建了一个基本实验性的数控系统。
The production and development of numerical control system closely contact with computer technology, now, the open CNC system based on windows has been a major development direction.
Today WINDOWS has been the major OS, it possesses some characteristics of open architecture, easy operating and integrated exploiting environment, so it is essential to exploit the CNC system on basis of WINDOWS. This thesis researches the PC-based open CNC system under WINDOWS OS. It aims on researching open characteristics of a CNC system. Based on general hardware and software, generate a general system to control the general machine tools, specialized machine tools and the other machines. The following have been done in this thesis:
1. Discuss the development history, current conditions and the trend of CNC technology.
2. Research the real-time character of WINDOWS, discuss and compare the real-time control technology under WINDOWS using DLL and VxD. Besides, discuss the VxD technology deeply.
3. Study on the multitask character of CNC under WINDOWS OS, bring forward the way resolving the multitask management of CNC using multi-thread technology.
4. Discuss the method using object-oriented technology to realize the open reusable character of CNC system software.
5. Perform an basic CNC system using pcl-832 under Windows98 OS.
WINDOWS系统是PC机上的主流操作系统，WINDOWS操作系统具有开放性、易操作性、集成开发环境的多样性，所以开发基于WINDOWS平台的数控系统已是必然趋势。本文研究以PC机为基础，运行于WINDOWS操作系统的开放式数控系统。即研究数控系统的开放式结构，利用通用硬件和软件，使数控系统能够作为通用的控制器，控制通用机床、专用机床、和其他机械装置。论文的主要工作包括：
1、论述了开放式数控的现状及发展趋势。
2、对基于WINDOWS的数控系统下的实时控制进行了研究，对采用动态链接库和VxD技术处理中断进行了比较和分析，并且详尽地论述了VxD技术的原理。
3、对WINDOWS下的数控系统的多任务特性进行了分析，并给出了采用多线程技术来解决数控系统下并行多任务调度的方法。
4、论述了采用面向对象技术来实现数控系统软件可重用性，开放性的方法。
5、使用VxD技术和多线程技术，在Windows98下以PCL832运动控制卡为核心构建了一个基本实验性的数控系统。
The production and development of numerical control system closely contact with computer technology, now, the open CNC system based on windows has been a major development direction.
Today WINDOWS has been the major OS, it possesses some characteristics of open architecture, easy operating and integrated exploiting environment, so it is essential to exploit the CNC system on basis of WINDOWS. This thesis researches the PC-based open CNC system under WINDOWS OS. It aims on researching open characteristics of a CNC system. Based on general hardware and software, generate a general system to control the general machine tools, specialized machine tools and the other machines. The following have been done in this thesis:
1. Discuss the development history, current conditions and the trend of CNC technology.
2. Research the real-time character of WINDOWS, discuss and compare the real-time control technology under WINDOWS using DLL and VxD. Besides, discuss the VxD technology deeply.
3. Study on the multitask character of CNC under WINDOWS OS, bring forward the way resolving the multitask management of CNC using multi-thread technology.
4. Discuss the method using object-oriented technology to realize the open reusable character of CNC system software.
5. Perform an basic CNC system using pcl-832 under Windows98 OS.
引文
1．康博创作室．Visual C++6.0高级编程．北京：清华大学出版社，1999
2．Jeff Prosise．MFC Windows 程序设计．第2版．北京：清华大学出版社，2001
3．侯俊杰．深入浅出MFC．第2版．武汉：华中科技大学出版社，2001
4．Harvey M．Deitl C++大学教程北京：电子工业出版社 2001
5．David J．Kruglinski VC技术内幕 北京：希望电子出版社 2001
6．MicroSoft MSDN 2000
7. Martin Timmermon Windows NT Real time extensions better or worse? Real-time Magazine Mar 1998
8．彭礼效 虚拟虚拟设备驱动程序开发起步与进阶 北京：人民邮电出版社 2000
9．KAREN HAZZAH Windows VxD与设备驱动程序权威指南 北京：中国电力出版社 2001
10．武安河 Windows设备驱动程序开发实务 北京：电子工业出版社 2001
11. Compuware Corporation Vtoolsd help 1999
12. Gene H. Hostetter, Digital Control System Design. New York; Holt, Rinehart and Winston, Inc., 1987
13. Papp, G,:Adaptation of an Advantech card to a CNC machine. (In Hungarian) Master's Thesis, Miskolc, 1997
14．杨晓京 几种开放式数控系统比较 制造业自动化 2002．1
15．孙勇 张东亮 基于 Windows95／NT的开放式数控系统实时性分析 机械与电子 2000．1
16．张政 基于Windows多线程开放数控系统主控系统的实现 计算机应用 2002．8
17．邵群涛 半闭环位置控制系统位置信号的实时检测 电气传动 2002．5
18．刘爱林 基于WIN95／NT的开放式数控系统 机械与电子 1999．4
19．史旭明 开放式数控系统参考模型及实例 机械与电子 2000．4
20．戴君 开放式数控系统的体系结构探讨 机械工程师 2000．7
21．王恒奎 Windows环境下开放式数控系统伺服控制的研究 2001．11
22，方亚英 赵福令 郭东明 Windows95／98平台实现实时控制的关键技术 机电一体化 2003．1
23．石胜林 朱德森 孙志刚 基于工控机的位置伺服系统的开发 机械与电子 1998．1
24．林金明 谢明红 基于Windows98摇臂雕刻机数控系统的开发 制造业自动化 2002．6
25．张正勇 开放式数控系统的研究 华中理工大学硕士论文 1999．4
26．陈金成 周向东 黄健 基于工业PC机的数控火焰切割机数控系统开发机床与液压 2001．4
27. Dean J.Petron Michael D.Stackhouse PC-Based Control Goes Real-time Control Engineering.April 1998
28．王广炎 五轴联动数控系统的开放化设计．组合机床与自动化加工技术 2001．4
29．黄金秋 基于开放式结构的高性能数控系统的研制．制造技术与机床 1998．8
30．王建滨 马培荪 铣床数控系统在Windows95平台下的应用制造技术与机床 2001．5
31．王宇晗 王涛 Java平台在开放式控制系统平台中的应用研究结合机床与自动化加工技术 2001．4
32．齐文 用Visual C++实现工控设备多线程控制程序 电子技术应用 2001．3
33．王永章 机床的数字控制技术 哈尔滨工业大学 1996
34. BRUNO S. The Tricept robat: Inverse kinematics, manipulability analysis and closed-loop direct kinematics algorithm[A]. Robtica 1999.4
35. Papp G. :Adaptation of an Advantech card to a CNC machine (In Hungarian)Master's Thesis, Miskolc, 1997
36．王敏 基于WINDOWS3.X／95／NT的开放式数控系统研究 机械与电子 1998．1
37. Intel Architecture Software Developer's Manual 1997
38. Walter Oney. Programming ghe Microsoft Windows Driver Model. Microsoft 2000
39. NuMEga company Softice Manual 1999
40. Andrew S. Tannbaum. Modern Opearating Systems. Prentice Hall, 1999
2．Jeff Prosise．MFC Windows 程序设计．第2版．北京：清华大学出版社，2001
3．侯俊杰．深入浅出MFC．第2版．武汉：华中科技大学出版社，2001
4．Harvey M．Deitl C++大学教程北京：电子工业出版社 2001
5．David J．Kruglinski VC技术内幕 北京：希望电子出版社 2001
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9．KAREN HAZZAH Windows VxD与设备驱动程序权威指南 北京：中国电力出版社 2001
10．武安河 Windows设备驱动程序开发实务 北京：电子工业出版社 2001
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12. Gene H. Hostetter, Digital Control System Design. New York; Holt, Rinehart and Winston, Inc., 1987
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16．张政 基于Windows多线程开放数控系统主控系统的实现 计算机应用 2002．8
17．邵群涛 半闭环位置控制系统位置信号的实时检测 电气传动 2002．5
18．刘爱林 基于WIN95／NT的开放式数控系统 机械与电子 1999．4
19．史旭明 开放式数控系统参考模型及实例 机械与电子 2000．4
20．戴君 开放式数控系统的体系结构探讨 机械工程师 2000．7
21．王恒奎 Windows环境下开放式数控系统伺服控制的研究 2001．11
22，方亚英 赵福令 郭东明 Windows95／98平台实现实时控制的关键技术 机电一体化 2003．1
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24．林金明 谢明红 基于Windows98摇臂雕刻机数控系统的开发 制造业自动化 2002．6
25．张正勇 开放式数控系统的研究 华中理工大学硕士论文 1999．4
26．陈金成 周向东 黄健 基于工业PC机的数控火焰切割机数控系统开发机床与液压 2001．4
27. Dean J.Petron Michael D.Stackhouse PC-Based Control Goes Real-time Control Engineering.April 1998
28．王广炎 五轴联动数控系统的开放化设计．组合机床与自动化加工技术 2001．4
29．黄金秋 基于开放式结构的高性能数控系统的研制．制造技术与机床 1998．8
30．王建滨 马培荪 铣床数控系统在Windows95平台下的应用制造技术与机床 2001．5
31．王宇晗 王涛 Java平台在开放式控制系统平台中的应用研究结合机床与自动化加工技术 2001．4
32．齐文 用Visual C++实现工控设备多线程控制程序 电子技术应用 2001．3
33．王永章 机床的数字控制技术 哈尔滨工业大学 1996
34. BRUNO S. The Tricept robat: Inverse kinematics, manipulability analysis and closed-loop direct kinematics algorithm[A]. Robtica 1999.4
35. Papp G. :Adaptation of an Advantech card to a CNC machine (In Hungarian)Master's Thesis, Miskolc, 1997
36．王敏 基于WINDOWS3.X／95／NT的开放式数控系统研究 机械与电子 1998．1
37. Intel Architecture Software Developer's Manual 1997
38. Walter Oney. Programming ghe Microsoft Windows Driver Model. Microsoft 2000
39. NuMEga company Softice Manual 1999
40. Andrew S. Tannbaum. Modern Opearating Systems. Prentice Hall, 1999