摘要:随着时代的进步,社会开始普及机器人产品,产品性能直接影响社会发展水平,需要及时改造和创新机器人技术。航空航天、工业生产等行业中已经广泛应用工业机器人,因此，未来发展研究六自由度工业机器人运动控制系统尤为重要。
关键词:六自由度；工业机器人；运动控制系统
自动化工业系统中工业机器人是一种不可或缺的设备,为人类社会进步和历史发展奠定基础。随着社会生产力的全面提升,越来越多的劳动力被需要,这就使得逐渐凸显出重复劳动力的问题,为了有效解决上述问题,机器人是一种良好措施。虽然工业机器人研究方面具备一定成绩,但是相比国外发达国家来说,还是具备一定差距,为此需要进一步研究六自由度工业机器人,集中阐述运动控制系统。
1设计运动控制系统基本方案
基于六自由度工业机器人基本系统的基础上来构建控制系统,六自由度工业机器人运动控制系统主要包括两个部分：软件和硬件。软件主要就是用来完成机器人轨迹规划、译码和解析程序、插补运算,机器人运动学正逆解,驱动机器人末端以及所有关节的动作,属于系统的核心部位。硬件主要就是为构建运动控制系统提供物质保障[1]。
2设计硬件控制系统
在六自由度工业机器人的前提下,利用ARM工控机来设计系统方案。下位机模块是DMC-2163控制卡。通过以太网工控机能够为DMC-2163提供相应的命令,依据命令DMC-2163执行程序,并且能够发出控制信号。利用伺服放大器对系统进行放大以后,驱动设备的所有电机进行运转,保障所有环节都能够进行动作。工业机器人通过DMC-2163输送电机编码器的位置信号,然后利用以太网来进行反馈,确保能够实时监控和显示机器人的实际情况。第一,DMC-2163控制卡,设计系统硬件的时候,使用Galil生产的DMC控制器,保障能够切实满足设计的性能和精度需求,选择DMC-2163控制器来设计六自由度工业机器人,依据系统API来二次开发工控机。第二,嵌入式ARM工控机。实际操作中为了满足系统高性能、可靠、稳定的需求,使用嵌入式FreescaleIMx6工控机,存在主频率。Cortex-A9作为CPU，拥有丰富的硬件资源,能够全面满足设计六自由度机器人的需求[2]。
3设计和实现控制系统软件
实现NURBS插补依据系统给定的控制顶点、节点矢量、权因子来对NURBS曲线进行确定,插补NURBS曲线的关键实际上就是利用插补周期范围内存在的步长折线段来对NURBS曲线进行逼近,因此,想要实现NURBS插补就需要切实解决密化参数和轨迹计算两方面内容。第一,密化参数。实际上就是依据空间轨迹中给定的补偿来对参数空间进行映射,利用给定步长来计算新点坐标和参数增量。第二,轨迹计算。实际上就是在具体体现空间回轨迹的时候合理应用参数空间坐标进行反向映射,以便于能够得到对应的映射点,也就是插补轨迹新点坐标。为了有效提升插补实时性以及速度,需要进行预处理,确保可以降低计算量。通过阿当姆斯算法,有机结合前、后向差分来进行计算,保障能够防止计算隐式、复杂的方程。为了确保可以有效地进行插补计算,设计过程中通过Matlab平台进行仿真处理[3]。实现ARM工控机基于ARM工控机来展现六自由度工业机器人运动控制系统的软件,实际操作中开发软件环境是首要问题,把Linux系统安装在FreescaleIMx6中,构成ubuntu版本的控制系统,并且系统中移入嵌入式Qt,并且在ubuntu中移入DMC控制器中的Linux库[4]。利用图形用户界面来设计软件,构件主体框架的时候合理应用QMainWindows,为了能够全面实现系统所有模块的基本功能,需要合理应用QDialog、QWidget类,通过Qt信号、配置文件、事件管理、全局变量等来展现模块的信息交流功能。控制软件系统包括以下几方面内容：第一,文档管理模块。文档管理模块能够保存文件、重新构建文件,是一种可以被DMC-2163解析的文档二字符指令集,以便于能够简单控制代码测试机器人的轴[5]。第二,与下位机通讯模块,这部分实际上就是通过DMCComandOM()函数来对编码器数值进行关节转角数据的获取,计算运动轨迹的时候应用正逆运动学,同时利用DMCdownloadFile()函数,在控制器中下载运动指令。第三,人机界面模块。这种模块主要就是用来更新和显示机器人运动状态的,此外也能够设置用户输入的数据,保障能够实时监控和控制机器人的基本情况。第四,运动学分析模块,在已经获取末端连杆姿态和位置的基础上,来对机器人转角进行计算的方式就是逆解。在已经计算出关节转动角度的基础上,来对空间中机器人姿态和位置进行求解的方式就是运动学正解。机器人想要正确运行的前提就是运动学分析模块,并且对机器人目标点是否符合实际情况进行分析,保障能够及时更改错误。第五,轨迹规划模块。这种模块可以为完成基本运动作业提供依据,不仅可以完成圆弧运动和直线运动,也能够进行NURBS插补,保障能够自由地进行曲线运动。第六,机器人在完成十分复杂的再现和示教操作的时候,利用再现模式界面来对示教动作进行自动操作。第七,设置系统。设计的过程中应该对系统进行合理设置,如限制运动权限、进入系统的密码、机器人系统参数等。在设置系统参数的时候,能够在六自由度工业机器人中来实现控制系统软件的基本作用,以此来保障控制软件系统设计的通用性。第八,状态显示模块。这种模块可以具体显示完成作业的进度、机器人安装的姿态和位置、控制器I/O。第九,设置机器人参数,一般来说主要包括伺服驱动倍频比/分频比、运动学DH参数,六自由度工业机器人设计结构取决于DH参数;机器人DMC控制卡输送单个脉冲过程中的关节转动角度取决于倍频比/分频比[6]。运行系统软件软件控制系统设计中成功测试各模块以后,在程序主框架中进行合理应用,以便于设计实现机器人系统。成功测试系统软件以后具备运动控制系统的基本功能。
4结语
综上,在基于目前已经存在的六自由度机器人系统上来设计运动控制系统,嵌入式ARM工控机和DMC-2163控制卡是硬件系统设计的关键。在Ubuntu的基础上构建Qt平台,此时合理科学地设计软件系统。此外把NUBRS插补计算方式融入到控制系统中,保障在轨迹空间中机器人末端能够形成自由曲线轨迹。运动控制系统为机器人提供图形界面,能够为系统运行提供比较好的扩展性、高通用性,并且操作也十分方便,因此这种运动控制系统应用具备广阔的前景。
参考文献
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分散控制系统，即以多个微处理器为核心的过程控制采集站。分散控制系统之所以能够广泛应用在我国的火电厂自动化控制中，主要得益于分散控制系统较为成熟的应用经验和运行业绩。人们对分散控制系统的特性有了越来越多的认识，并且逐渐接受和认可。火电厂对分散控制系统的应用，有利于火电厂的单元机组热工自动化水平的提高，能够适应如今电力需求连年增大的发展需要。
1分散控制系统的现状及发展
1）分散控制系统的起源。DSC应用试点最早出现在美国，1985年的时候，那时选用的是网厅电厂300MW机组，这就是分散系统控制的开端。经过20多年的不断发展，分散控制系统在不断地改进实践中积累了许多成熟经验，更是推陈出新，打破了DSC的应用只局限在锅炉和汽轮机的热工监视的局面，相关供应商掌握了愈加成熟和系统的经验和技术。经过充分的实践经验证明，分散控制系统是可行并且科学的。我国通过对DCS的不断改进，最终也达到了国际的DCS水平，在火电厂得到广泛应用。2）分散控制系统的应用。分散控制系统的实际运用价值比较高，功能相对分散、数据可共享、可靠性较高等优点让其在与其他控制技术相比之下有明显优势，被电厂和变电厂所广泛接受。我国火电厂使用过的DCS数以百计，至今，使用过的DCS可大概分成3类：多功能控制器型、可编程序控制器基础型、PC机总线基础型。我们也不排除今后可能产生其他分散控制系统，比如以现场总线为基础的控制系统，或者以电厂信息监控管理为基础的控制系统，这也将进一步扩大DCS应用的功能。3）分散控制系统的发展。分散控制系统目前有两个功能性的扩展，现场总线技术的出现，就是其在纵向扩展上面的体现。开放性、数字化、多借点是现场总线的几个显著特点。为避免只靠电缆单一传输的弊端，现场总线技术还可以帮助现场的设备实现在运行中的数字量信息交换，达到双方的共享和控制。现有的现场仪表模拟技术弊端日益凸显，主要是速度慢、精准度低、成本高，不仅不能准确监控，而且浪费大量的物资，得不偿失，在此时，现场总线技术的出现就自然而然了。并且现场仪表的模拟技术与计算机控制的数字技术不符，还可能会出现使用问题，而现场总线技术则能有效改善这方面的问题，但现场总线技术发展还不够稳定成熟，还需进一步的改进和推广。
2分散控制系统特点
1）高可靠性。分散控制系统是建立在分散结构的理念上的，这能够对系统的可靠性形成一个保障。分散结构不仅包含系统功能的分散，还包含地理位置的分散。采用分散结构的分散控制系统可以分散系统的危险性。如果一个设备的某一个部分发生了故障，并不会对该设备的其他部分的正常运行造成影响。并且运用分散控制系统还可以对关键设备进行冗余配置，这也在一定程度上保障了系统的运行的可靠性。在DCS系统中，也不乏一些旧有的模块化、标准化的软件，也帮助系统的可靠性形成一道屏障。2）监视性能好。分散控制系统能够运用高智能操作站来监视和操作过程现场，并且分散控制系统的人际交互界面比较友好，操作员完全可以进行直观观测，监控性能较好。3）扩展性能好。分散控制系统在一般情况下都是采用递阶数据通信网络，可以实现通信的分层化。分散控制系统的系统构成灵活，硬件高度集成化，设备接口模块化、标准化，这都给分散控制系统提供了较好的扩展性能。4）编程容易。分散控制系统采用控制图形界面和功能码控制组态来编程的，这样可以自动生成执行文件。这种编程方法对用户的编程能力要求不高，用户只需要掌握填表、作图等进行组态的方法就能编程，并且这种编程应用程序的质量还是比较可靠地。5）系统维护方便。分散控制系统的微处理器具有自诊断功能，应用程序在执行的时候还可以同时运行自侦段程序，扫描硬件的运行状态。发现异常现象时可以及时发出警报，对出现异常的部位和异常性质作出提示，并且系统维护的时间比较短，模件是可带电插拔、接插结构，磨剑种类少，维护较简便。
3分散控制系统在火电厂电气自动化中的应用分析
1）火电厂电气自动化的功能及特点。火电厂电气自动化是一种能够保持主控室机、炉、电的协调一致，并且便于集中的管理控制和信息数据共享的多方位系统，火电厂电气自动化能够有效提高火电厂的工作效率，当前面临的问题是，电气自动化的运行管理水平跟不上火电厂电气自动化技术的发展速度和电力市场的不断推进的速度。如何运用分散控制系统提高电气自动化的运行管理水平，是各方专家讨论研究的重点。监控和控制设备是火电厂电气自动化系统的主要功能，并且这个系统还能反馈信号在数据交换中的变化和提供部分特殊数据。这种系统的设备数量较多，布置也较为复杂。2）火电厂电气自动化的现状及趋势。火电厂电气自动化的发展也在跟随着科学技术的步伐不断向前。在数据的采集方面有了新的突破，火电厂的电气监控自动化开始纳入信息化管理。因为计算机技术和网络技术的发展，ESC系统开始取代传统操作系统，间隔层的保护和测量以及控制装置，电气自动化都能够实现独立化操作，整个系统的控制单元正在朝着一体化的方向发展。在未来，我们可以预见的是：电气自动化将不再只满足于这些基本功能，相互操作性和强大的扩展性、高度的可靠性是其新的发展方向和目标。这种突破，极有可能在商业和工业领域都得到极大规模的应用。3）分散控制系统在火电厂电气自动化中的应用。火电厂的电气运营管理必须要走电气自动化的必由之路，电气自动化系统不仅提高了火电厂的自动化水平，促进火电厂的发展，并且在相关领域也有运用空间。而分散控制系统可以提供综合化自动技术，是自动化系统的一个典型代表。火电厂实现电气自动化扩展了分散系统的纵向延伸空间，将电厂所有过程和环节纳入管控之下。电力企业只有不断地补充DCS的内容才能帮助实现科学化管理，推动整个行业的生产管理与发展。
4结论
通过本文的研究探析，我们深入了解了分散控制系统，分散控制系统是一项发展日趋成熟的技术，将其与电厂的电气自动化的功能与特点有机结合，以实现二者的整合运用，能够推动电气自动化系统进一步改进升级，优化电厂的系统管理和经济发展。
摘要：随着时代的发展，计算机网络控制系统的应用越来越广泛，本文对计算机和网络控制系统的工作原理进行了详细介绍，并根据目前社会计算机控制技术的发展水平，分析了计算机控制技术的应用，着重对计算机控制系统发展趋势进行了论述。
关键词：计算机；网络控制系统；工作原理；发展趋势
计算机网络控制系统是计算机技术和自动控制技术二者的结合，是二者发展到一定阶段上的产物。人们为了方便工作，用计算机来控制自动控制系统中的功能，于是就形成了计算机控制系统。它以计算机作为控制主体，并通过一些辅助部件将被控对象与计算机相连接，从而达到具有一定控制目的的系统。这里的辅助部件主要包括：输入输出接口、检测装置和执行装置等。它与被控对象的连接和部件间的连接通常有两种方式：有线连接、无线连接。以达到使被控对象的状态、运动过程达到某种指定的要求，也可以是使目标达到最优化。
一、计算机网络控制系统的工作原理
我们常说的计算机控制系统主要由硬件组成和软件两部分组成。在计算机控制系统中，一般都有专门的数字--模拟转换设备和模拟--数字转换设备。由于一般都是对系统进行实时控制，所以有时候对计算机硬件配置的要求并不是很高，但对于计算机可靠性、反应速度有着一定的要求。计算机控制系统的工作原理大致可分为以下三个阶段：(1)实时数据采集：对被控制对象工作的瞬时数据进行检测分析，并由传感器传输给计算机。(2)实时决策：对采集到的实时数据进行分析并与被控制对象的系统状态进行分析，并按已有的控制规律，决定下一步的控制过程。(3)实时控制：根据第二步的决策，适时地对执行部位发出信号，进而完成控制任务。这三个过程在一个控制系统中不断重复，使整个系统按照规定的标准进行工作，并对被控对象和设备本身的进行随时监控，一旦产生异常系统会及时作出处理。
二、计算机网络控制系统的应用
当今世界，要想提过一个国家的综合国力，就必须首先提高这个国家的科学技术上，尤其应该把重点放在提高产品的创新和开发能力上。在高科技信息技术应用方面，要充分将各种新技术、新材料、新能源相结合，并根据市场的需求来综合应用，力求工业设计与工程设计统筹兼顾的原则，使两者在实际应用中逐步融合，最终实现以为人服务为核心、控制一体化的智能控制体系。从目前工业发展的状况来看，随着CAD、人工智能、多媒体、虚拟现实等技术的逐渐发展和应用，使得人们对设计过程有了新的认识，对设计的思维有了更广阔的发挥空间。从产品的设计与制造过程来看，并行设计、协同设计、智能设计、虚拟设计、敏捷设计、全生命周期设计等设计方法引领了现代产品设计模式的发展方向。随着科技技术的不断发展，在信息化的推动下，产品设计模式必然朝着数字化、集成化、网络化、智能化的趋势发展。
三、计算机网络控制系统的发展趋势
（一）网络控制系统更加先进化
为了方便工业环境应用，人们设计出一种可编程序控制器(PLC)的微机系统。它利用可编程序的存储器来存储用户下达的指令，并将指令转化为数字形式，通过对数字进行分析来完成预定的逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能。近年来可编程序控制器大多都采用计算机作为主要控制器，且存储器采均采用集成电路的形式，因为集成电路具质量可靠可靠、功能稳定、价格便宜、体积比较小等优点，且人们对集成电路的应用技术较为成熟。近些年来由于智能的I/O模块的出现，使PLC除了具备原来的逻辑运算、逻辑判断等功能外，还具备数据自动处理、故障自行诊断、PID运算及网络等新功能，从而大大地扩大了可编程序控制器的应用范围。
（二）网络控制系统更加集成化
计算机控制系统的核心是中央处理器，就像人的大脑一样，指挥真个系统的运行。人们把处理器、数据通信系统、显示操作装置、输入/输出接口、模拟仪表等众多原件有机地集成在一起，就形成了计算机控制系统，它的出现为生产的自动化提供了可能。在实际生产中采用集成化的控制系统，会使生产成本更低、生产过程更加便利、产品质量更加可靠。因此，在新时期计算机集成系统会朝着更加集成化的方向发展。
（三）网络控制系统更加智能化
智能控制一直是人们追求的目标，是指不需要人的参与就能够自主地驱动智能机器实现预期的目标，是用机器代替人工的前提条件。智能控制由众多系统综合形成，包括：识别控制系统、分级控制系统、综合分析系统、控制系统和神经网络控制系统等。以计算机级基础，将智能控制技术和自动控制技术有机结合，可以实现工业生产系统的自动化的要求，这对推动科学技术进步有着重大意义。计算机技术的进步直接影响了智能控制系统的发展。虽然目前智能控制只能较为浅显的模拟人类大脑的思维判断过程，但是随着计算机技术的不断发展，未来控制系统会更加的智能化。
（四）网络控制系统更加网络化
当今时代，计算机网络技术的全面应用，催动着控制系统的变革，也加速了新的控制理论的产生。控制系统更为网络化，已经成为当前控制技术发展与创新的主要方向。网络技术的应用不仅能够实现数据资源的共享，它还可以应用于控制现场，并将控制与管理综合化、一体化。因特网的应用已经不仅仅局限于传统的信息浏览、查询、发布，人们现在可以利用因特网技术跨越地理因素，直接对现场设备进行远程监测与控制。现代我们所用到的控制系统是由网络构成信息和控制综合网络系统两部分组成。现场控制网络是将工作中的设备通过网络连接，形成分布式控制系统。通过因特网实现远端计算机对现场控制设备的远程监测与控制。在科技迅速发展的今天，网络控制系统的发展不仅仅局限于此，在未来会朝着更加网络化的方向发展。计算机网络控制系统正朝着智能化、集成化和网络化的趋势发展。更为先进集成电路的引用，提高了网络控制系统的可靠性和工作效率，使计算机网络控制系统在生产生活中的应用也越来越普及，在计算机技术高速发展的今天，网络控制技术的发展将会有更为美好的前景。
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在通讯技术与网络技术的高速发展状态下，家庭生活环境更趋于现代化，各种新兴技术直接影响着人们的生活，改变了人们的生活习惯，提高了人们的生活质量，智能家居系统成为技术手段更新换代的体现。智能家居系统利用计算机信息技术、布线技术与生活家居的子系统相关联，给予家居系统更多的智能选择，提高了家居环境的服务水平。
一、智能家居系统设计的流程
单片机系统是微机应用产品化的最佳机种之一，其系统本身具备很多优点。例如，较其他系统，单片系统的体积更小，成本更低，功能性更加强大，单片机所带来的系统已经在智能化产品工业制作中被广泛应用。并且随着技术水平的不断进步，逐渐完善的单片机系统能够满足设计过程中的各种要求。
在总体设计的流程中，外界信息经过感应器传导，其信号内容进行放大与整形，进一步传导单片机信号分析处理，再由单片机系统与外部信息结构进行指导交换，引导红外与光电装置，将信息内容传递于执行器件。在控制系统中，系统控制器会接收到远端传递过来的信号，并且对其解码，再传递给中央处理系统。在控制系统的设计中，我们要充分考虑用户使用的便捷性，在控制系统中添加语音提示操作系统，使用户能够在无人值守系统的情况下，更好地进行系统操作。
二、智能家居系统的应用设计
(一)传感器应用设计
传感器的应用设计，是家庭智能设计过程中的信号来源。在传感器设计上，应根据产品本身的特点添加各种感应装置。在智能家居系统中，火灾警报传感器是设计的第一项，火灾烟雾传感器的体积小、可靠性高，能够及时将烟雾信号转换为电信号，在智能家居的设计中，烟雾传感器可以固定在每个房间的天花板或者墙壁上，将家居系统与小区或消防警报系统相链接，充分利用智能家居系统的安全性。
其次，我们要设立可燃气体传感器，将感应器放置于厨房等气体容易泄露的地方，监视气体疏通管道的安全性，如果发生天然气泄露等情况，感应器会自动关闭天然气输送管道阀门，并且向外界发出信号，及时通知家庭以及小区物业，降低财产损失。在可燃气体感应器设置上，利用气体浓度来对天然气等装置进行监控。在智能家居生活中，防盗报警系统可以分为两部分，一部分是对家庭周围环境的防护，例如周围环境的监视控制，门窗系统中的开关以及玻璃周围的感应系统等;另一部分是针对
家庭无人的情况，对于室内的感应防盗系统，利用红外感应装置，在他人进入房间且未关闭监控系统的情况下发出警报。在房间有人活动的时候，关闭室内防盗系统，开启室外防盗系统，在无人活动的情况下，室外系统与室内系统均开启，并且防盗系统的灵敏程度可以根据房屋周围环境而设定。
(二)通讯接口应用设计
智能家居的生活控制系统中，数据通信电路需要完成信息的接受与发送、与计算机的沟通、与软件的控制等几个方面。分析模块组成部分可以发现，GSM基带处理器相较于供电模块、闪存、天线接口等几个部分而言是TC35的核心，GSM主要负责处理终点内的语音与数据信号，并且在不需要额外增加电路支持的情况下，可以完成FR和EFR的编码工作。
在连接方式上，TC35与单片机需要采用串行异步通信接口，使用红外和通信电缆两种传输方式进行传输。在整体的传输设计过程中，红外接口的特点在于信号稳定，接口之间相互独立，使用方面抗干扰性强，不会对手机的通讯产生影响，缺点是传输的距离有限，传播的方向受到接口的限制。而电缆连接的通讯装置传输距离远，可靠性高，不过缺点在于传输接口的电气参数不兼容，设计过程中容易对手机的通讯产生影响。在接口的设计中，要分析家庭周围的环境，考虑接口信号对于家庭通讯设备的影响，选择合适的接口，应力求将红外接口与电缆接口进行结合，提高智能家居系统工作的效率。
(三)红外线应用设计
在系统设计的控制方面，可以加入更多的红外设计理念，在智能家居设计中，红外遥控器是被广泛应用的，但是在实际操作过程中，一个红外遥控器所针对的只是特定的品牌产品，遥控器之间的兼容性很差，在新型智能家居设计中，可以利用红外插座、红外开关等产品，将电器的操作信号与电信号进行混合，利用红外系统中的学习与记忆功能，使红外插座成为信号传递的枢纽，同时利用单片机对遥控器发射出信号的波形进行测量，然后对测量数据进行反馈，从而提高遥控器的效率，实现家庭智能控制系统的优化。
总之，在智能家居系统的设计中，首先要明确选择系统的性质，其次建立合理的设计流程。设计过程要符合信息技术的要求，并且最大化地提高用户的使用效率。在应用设计方面，分析传感器的种类并选择合适的连接端口，提高控制系统的灵敏度，并结合红外线感应技术，增强智能家居控制系统的完整性，使其能更好地提高人们生活质量。
