该文在对开放式数控系统的研究现状、基于PC的开放式数控系统的发展进行全面分析与总结的基础上,提出全软件型的开放式数控系统实现形式.该文结合实际科研项目,在分析现有技术研究现状的基础上,就开放式数控系统包含的三个关键技术:参考轨迹插补、伺服控制、轮廓控制进行了深入系统的研究:1.分析了现有数控系统插补方式中存在的问题,借鉴Look-ahead技术和超级形状复原的基本思想,提出了参考轨迹插补的新思路.在综合考虑伺服进给速度尽可能平稳、由曲线变化引起的各运动轴速度及其变化率不超过伺服系统驱动能力、以及速度变化时的平滑加减速控制等因素下,实现了沿运动轨迹的有效进给速度曲线的合理确定,解决了伺服系统进给运动高速、平滑控制的关键问题.2.在对一个两轴联动数控机床的伺服系统进行理论建模的基础上,基于最小二乘原理,结合实验辨识的方法得到了系统的动力学模型.利用系统的根轨迹对伺服系统的稳定性进行了分析,在证明系统状态的可控性和可观性的基础上,提出基于现代控制理论的最优二次型伺服控制器设计,与常规基于古典控制理论的反馈控制器相比,该文提出的控制器基于开放式数控系统平台,充分利用了伺服系统的全部状态信息和指令信息,实现了伺服系统对指令输入的最优跟踪控制.3.将交叉耦合控制成功地应用到该文提出的开放式数控系统的轮廓控制中,分析对比了几种前人提出的交叉耦合控制器结构,指出交叉耦合控制在传统数控系统中应用的局限性.基于开放式数控系统的平台,利用参考轨迹离线插补的优势,提出了一个实时轮廓误差的求解模型和误差补偿策略.在理论研究与开发工作的基础上,该文应用通用工业PC,选用标准的工业接口卡,在LOM机床上研制成功了一套基于PC的开放式主从结构数控系统——RPCNC系统,给出了详细的研制过程和系统组成:在分析LOM机床数控系统控制任务的基础上,应用集成计算机辅助建模方法IDEFO,建立了LOM机床数控系统的功能模型.该文在一台LOM机床上对RPCNC系统进行了控制性能测试,对机床定位精度、单轴跟随及双轴联动轮廓跟随分别进行了实验和测试.