随着信息技术、控制技术与制造技术的不断融合以及企业制造模式的变革，现代数控技术迅速发展，“开放式结构”和“智能化控制”已经成为当今数控技术和数控系统发展的重要方向。基于这一技术发展趋势，近年来中国科学院沈阳计算技术研究所和高档数控国家工程中心，先后承担了中国科学院知识创新工程重大项目“开放式和智能化的数控系统平台”、国家信息产业部电子信息产业发展基金项目“高性能数控系统”、辽宁省重大科技攻关项目“大型镗铣加工中心用数控系统”及沈阳市重大科技攻关项目“高速、高精数控机床及成套数控装备”，并正在参与国家有关开放式控制器标准的制定工作。我参加并负责这些项目的研发。国家的战略需求促使项目承担单位开展了开放式数控系统相关技术及智能控制方法的研究，以期掌握先进的技术，开发出高性能数控产品，缩小与发达国家的差距，提高我国数控产业技术水平。 开放式数控系统的研究始于上世纪90年代，目前国际上有关机构正在对开放式数控系统研究与应用情况进行评估，并正在开展后续项目的研究。国内的开放式数控系统的研究与开发尚不成熟，虽然各个系统都向基于PC的体系结构方向发展，但在具体的实施开发中仍然存在一些问题，特别是应用系统的开放性还相差甚远。通过对OSACA、OMAC、OSEC以及OCEAN等研究计划的总结与分析，本文开展了如下的研究： ·控制器实时平台及通信平台的研究。实时平台与通信平台的建立是解决开放式控制器可移植、可伸缩及互操作的关键，为此，本文通过分析控制器的实时通信要求，引入了开放式控制器的通信平台——基于共享存储区的RCS通信中间件系统；通过对开放式控制器性能需求的混杂性特点分析，引出控制器实时平台的需求与选择问题；通过对多种实时化的Linux系统进行分析和比较以及对基于开放源的RTLinux系统的实时性能的深入研究和实际测试与分析，论证了其作为开放式控制器实时平台的可行性及优势。 ·基于组件技术开放式控制器参考框架的研究。组件的即插即用特性，为实现开放式控制器的互换性及可扩展性提供了技术支持。然而，现有的组件技术由于侧重系统功能的描述，在描述控制器的性能及行为方面存在着相应的问题。为此，本文在分析现有实时组件技术的基础上，提出了一个基于端口的实时组件模型，设计并实现了其软件模板。同时以常见的层次化控制结构为出发点，从控制关系、功能描述、行为描述及定时描述等四个方面，给出了基于实时组件的多视角控制器参考框架。 ·开放式控制器实现技术的研究。实时通信平台及基于组件的参考框架的建立，为开放式控制器的设计与实现奠定了基础。本文通过对传统基于三层体系结构的控制器实现方法的分析，提出一种基于虚拟机的四层体系结构思想，建立了具体的实现框架，并在数控机床上进行了验证。 尽管控制策略的智能化被认为是提高新一代数控系统控制性能的有效手段，是实现“智能数控”的基础技术，然而，现代的数控系统其控制策略还主要以经典控制论方法为主。由于控制环节中相互耦合的部件过多，控制策略的更新几乎是不可能或非常困难的事。为此，本文从滑动控制、模糊控制及自适应控制的角度出发，探讨了针对数控系统运动轴非线性特性的智能控制设计方法与实现技术，具体研究内容如下： ·轴控制器非线性特性的分析。通过探讨反向间隙、死区的非线性特性，分析了传统补偿方法的局限性。从滑动控制的角度，给出了轴控制器的目标函数，并建立了针对伺服轴的模糊滑动控制器设计方法。 ·基于模糊滑动控制器的轴控制器设计与实现方法的研究。基于IEC1131-7标准，在本文建立的原型系统中设计并实现了一个模糊滑动控制器，对实际的控制对象进行测试与验证。 ·自校正模糊滑动控制器的研究。在分析轴控制器中多种非线性特性间耦合效应的基础上，探讨了模糊滑动控制器在处理多种非线性问题时的局限性。在此基础上，将自适应控制引入模糊滑动控制器，提出了一个自校正模糊滑动控制器，为控制器策略的智能化提供了一条新的解决途径。