开放式数控系统主要有三种结构,即专用CNC+PC、通用PC+运动控制器和软数控系统。其中软数控系统是采用多任务实时操作系统,将运动控制部分与管理部分集成到一个硬件平台上,满足数控系统在功能方面和非功能方面(主要表现在实时性)的要求。这种结构形式的数控系统,其主要功能部件均表现为应用软件的形式,并且软件实现的灵活性和硬件平台的无关性将有利于系统实现更深入的开放性,这是数控系统实现形式上的一种技术变革。但是硬件功能软件化增加了软件任务的数量和种类,无疑对系统任务的管理和调度提出了更高的要求。由于软数控任务具有混杂性、并发性及相关性等特点,目前的调度理论并不能很好的满足软数控任务的实施要求。为此,本文提出了面向软数控系统的混合任务两级调度策略和模糊反馈调度算法,并且通过基于模型的仿真试验量化了软数控任务的时间特性对加工精度的影响,这为软数控的任务调度奠定了理论基础。主要研究内容包括以下几个方面： 软数控系统是典型的混合任务系统,时间触发和事件触发并存。本文针对软数控的混合任务调度问题,提出一种两级结构调度算法：对周期性实时任务采用时间触发,非周期性实时任务则采用事件触发。周期性实时任务又分两种形式实现,一种方法是将每个周期性实时任务对应一段程序模块,在一个线程中实现；另一种方法是每个周期性实时任务对应一个实时线程,在不同的线程中实现。文中分析了混合任务模型并定义相关概念,然后对调度策略的架构、调度算法、可调度性、抖动、调度时标选择等分别进行研究,采用Windows CE.NET实时操作系统,结合试验评估和液压机控制系统项目,分别进行了调度策略的验证,结果表明该方法能提高混合实时任务的确定性,减小抖动,能很好的满足软数控任务调度需求。另外,文章还讨论了调度时标间隔对处理器利用率和周期分辨率的影响。 在软数控任务实施过程中,由于受系统资源限制和处理器利用率的影响,导致不确定性因素的增加(主要表现为时间的不确定性),直接影响控制系统的性能,从而引起软数控系统的加工精度下降。本文为了量化软数控实时任务的不确定性与加工精度的关系,提出一种基于模型的仿真试验方法。研究了采样抖动、输入-输出抖动、数控任务可调度性及加工误差评估等相关理论,建立软数控系统加工误差分析的仿真模型。对任务抖动、任务不可调度及非周期性实时任务等与加工误差的相关性进行仿真,结果表明采样抖动为任务周期的60％,加工误差达4.15％；输入-输出抖动为任务周期的60％,加工误差达1.26％；12.5％的事务不能在时间限内完成,加工误差达7.78％。该结果体现了软数控实时任务的时间特性与加工误差的相关程度,并且表明不可调度事务会引起较大的加工误差,这为减小任务实施过程中的不确定性引起的加工误差提供了理论依据。在研究任务时间特性与加工精度量化关系的基础上,为了提高软数控系统的加工精度,提出了面向软数控的模糊反馈调度算法。文章对模糊反馈调度的结构、输入量、输出量及模糊调度规则等进行研究,分析了模糊反馈调度的决策和判决方法,并且通过实例比较寻求到最适合于软数控任务模糊反馈调度的判决方法。在此基础上,求出调度响应表,仿真试验结果表明该算法能将加工精度提高一个数量级,从而验证了模糊反馈调度算法的有效性。 最后,应用本文提出的混合任务两级调度策略,在系统仿真验证的基础上,实现了基于Windows CE.NET的软数控混合任务的具体实施。首先,给出基于Windows CE.NET的软数控系统的实现架构及任务层次,并研究了软数控任务的特性关系。然后,通过对比仿真试验方法,验证了两级调度策略在软数控系统中的有效性。最后,讨论了任务在实施过程中关键任务周期的选择,并在软数控硬件平台上实现了混合任务的运行,实测任务波形表明,周期性实时任务具有很好的确定性,非周期性实时任务也能及时响应。因此,本文提出的调度策略在软数控系统中的应用是切实可行的。 本文提出了混合任务的两级调度策略和面向软数控任务的模糊反馈调度算法,采用基于模型仿真的加工误差分析方法,量化了软数控任务时间特性与加工精度的关系,这为软数控系统的进一步发展奠定了坚实的基础,对提升我国装备制造业的技术水平具有重要意义。