[00716372]网络化运动控制平台关键技术及其应用

运动控制系统是机械装备的大脑，决定了装备的效率、精度、柔性和智能化水平，是实现智能制造的基础。运动控制具有速度精度要求高、控制对象复杂、需求多变的特点，决定了在其开发中存在性能保证难、系统集成难、工艺融合难的问题。为此，充分利用计算机和信息技术的发展成果，建立网络化运动控制开发平台，实现硬件灵活配置和软件的定制开发，是解决上述问题的最佳方案。 中国在网络化运动控制平台方面的关键技术和核心专利缺失，市场被西方工业巨头占领，这些企业利用其市场、专利和标准的优势，限制国内自动化企业的发展。因此，中国迫切需要自主知识产权的运动控制系统开发平台，打破核心基础制造装备“缺心少脑”的局面。 在国家自然科学基金、国家科技支撑计划和国家科技重大专项的支持下，项目组历经12年科技攻关，发明了一种实时以太网通信协议EtherMAC(Ethernet for Manufacture Automation Control)，建立了网络化运动控制平台，并完成了集成行业工艺的控制系统定制开发和产业化推广，具体内容如下： 1.提出了一种工业实时以太网EtherMAC。发明了以太网实时通信调度机制和网络节点间的同步方法，实现了高精度的通信周期管理和节点分布时钟同步；提出了基于双向数据列车的集总帧在线转发机制和环形冗余机制，实现了数据和链路的双重冗余。满足了运动控制系统严格实时、精确同步、高效传输和可靠运行的需求。 2.建立了网络化运动控制系统的开发平台。设计开发了EtherMAC从节点协议栈的集成电路知识产权核和主节点运动控制中间件软件，实现了面向不同应用需求的运动控制系统的柔性组态配置；发明了软/硬件协同的高速高精运动控制算法，提高了高速运动的平滑性和轮廓精度；发明了非介入式系统性能测试方法，实现了对网络化系统的参数解耦和性能评测。解决了传统运动控制系统开发难，性能差，评测难的问题。 3.实现了网络化运动控制系统的工艺集成方案。提出了制造工艺功能分离的控制系统软件模块化设计方法，制定了工艺包与运动控制算法的集成规范，实现了图形导航的工艺编制；突破了制造工艺与运动控制系统、视觉检测系统、上层管控系统等的集成技术，研制了面向纺织机械、军工保密、汽车零部件、新能源装备等行业的运动控制系统解决方案，满足了不同行业的工艺集成需求。解决了多个行业制造装备的工艺适应性差，生产准备周期长，智能化程度低的问题。 项目获授权发明专利26项、实用新型专利10项；发表SCI/EI论文53篇；主导和参与制定行业标准1项、国家标准4项。2项科技成果通过鉴定，鉴定结论：整体技术达到国际先进水平，其中网络响应时间和同步精度与国际主流技术相比处于领先水平。 项目研究成果在纺织机械、军工保密、汽车零部件、新能源等行业成功应用，实现了关键行业控制系统核心技术的自主可控，提高了行业机械装备的自动化和智能化水平，部分产品出口至美国、印度、越南等国家，累计创造经济效益3亿余元，经济和社会效益显著。