网络化运动控制关键理论与方法研究

The modern manufacturing system is nowadays developing towards a networked intelligent system, and the motion control techniques based on general Ethernet is a key technique in the modern intelligent manufacturing system. It is the base of constructing a complete open and digital motion control system, and is able to further breakthrough the seal of the fieldbus and industrial Ethernet and ultimately help reduce system design costs. This project aims to develop a systematic methodology and a set of methods for networked motion control systems in the background of new requirements in the computer numerical control industry, and mainly focus on solving the high precision clock synchronization problem, developing distributed motion synchronization control theory and methods, presenting high precision trajectory tracking control and multi-axes coordination control methods, developing high-speed networked interpolation algorithms, mixed task scheduling methods and control and network resources scheduling co-design methods. Based on these theory and methods, an integrated computer numerical control system and manipulator robot will be designed as a basic open platform for networked motion control system with general Ethernet. Finally, a set of efficient networked motion control theory and methods will be built up.

现代制造已朝着网络化和智能化的方向发展，基于通用以太网的多轴运动控制是现代智能制造装备的核心技术之一，是实现开放型全数字智能运动控制的基础，进一步解决现有基于现场总线和工业以太网的运动控制系统的封闭性和专用性，降低系统设计成本。本项目结合浙江省乃至全国数控产业发展的新需求，提出了网络化运动控制系统关键理论与方法的研究，着重解决高精度时钟同步、分布式运动同步控制和轮廓误差控制、多轴协调控制、网络化高速插补、混合任务实时调度以及网络资源调度与控制协同设计等关键问题。将提出的方法应用于数控设备与工业机器人一体化可扩展控制系统，为多轴运动控制系统提供一个基于通用以太网的基础性开放式开发平台，最终形成一套有效的网络化运动控制理论与方法。

现代制造已朝着网络化和智能化的方向发展，基于通用以太网的多轴运动控制是现代智能制造装备的核心技术之一，是实现开放型全数字智能运动控制的基础，进一步解决现有基于现场总线和工业以太网的运动控制系统的封闭性和专用性，降低系统设计成本。本项目结合浙江省乃至全国数控产业发展的新需求，围绕网络化多轴运动控制系统中的多轴时钟同步、多轴运动同步控制、轮廓误差控制、高速插补、任务调度和多轴数据融合等主要研究内容进行了深入研究。本项目采用自抗扰控制、交叉耦合控制和预测控制技术，提出了时钟同步方法、多轴同步方法和多轴轮廓误差控制方法；采用定插补周期、B样条曲线等技术，提出了高速插补和速度规划方法；采用任务中的多个特征参数，提出了多参数最大紧急优先调度算法；采用分布式融合滤波技术，提出了多轴数据融合目标跟踪方法；基于标准以太网，开发了网络化多轴运动控制平台和双转台五轴点胶机实验平台。项目发表学术论文42篇，其中SCI期刊论文26篇、IEEE汇刊论文17篇，授权发明专利17项。基于理论研究成果研发了网络化运动控制器，并成功应用于裁床、机器人、包装和激光切割等领域，取得了良好的经济效益。