随着信息技术和制造技术的不断融合以及企业制造模式的变革，现代数控技术得到了飞速的发展，它已经成为现代制造业实现自动化、柔性化、智能化、集成化和网络化的基础。目前，对开放式数控系统的研究和开发已经成为该领域的研究热点。 开放式数控系统的研究始于20世纪90年代，目前国际上有关机构正在对开放式数控系统的研究与应用情况进行评估，并正着手开展后续项目的研究。在国内，开放式数控系统的研究与开发处于初级阶段，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过程中还存在很多问题，特别是对于应用系统开放性的研究和国外还相差甚远。本文以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”和辽宁省重大科技攻关项目“高速、高精镗铣加工中心数控系统及设备开发”为研究平台，具体地分析和总结了国外的NGC、OMAC、OSACA、OSEC及OCEAN研究计划，以及正在开展的后续研究项目的研究情况，在此基础上，对开放式数控系统的体系结构和系统的实现进行了全方位的研究，对数控系统中的有关控制问题也进行了较深入的探索。 本文主要围绕开放式数控原型系统这个中心展开研究工作，从原型系统参考框架的提出，到系统实时平台和通信平台的选择、系统功能要素的确定、层次化体系结构的建立、系统的设计与实现等多个方面，对基于PC的开放式数控系统进行了较全面的研究，建立了完整的开放式数控原型系统，并对数控系统中的加减速控制和进给伺服系统的摩擦补偿控制方法也进行了研究和探索，提出了相应的控制方法。具体的研究工作如下： 1.有关开放式数控系统实时平台及通信平台的研究实时平台和通信平台的建立是数控系统实现可移植、可伸缩及互操作的关键。本文分析了开放式数控系统对实时平台的要求，比较了新近的几种开发平台，确定基于开放源的RT-Linux系统作为开发系统的实时平台，并根据数控系统实时通讯的需求，引入了开放式数控系统的通信平台，即基于共享存储区的RCS通信中间件系统。 2.基于虚拟机的四层体系结构的提出通过对传统基于三层体系结构的数控系统的分析，借鉴计算机软件技术中的虚拟机概念，提出了基于虚拟机的四层体系结构的思想，建立了开放式数控原型系统的参考框架。 3.开放式数控原型系统体系结构及功能模块的研究本文对开放式数控原型系统的层次化结构进行了具体分析，从层次化控制结构、系统控制流、系统数据流和模块组织结构等从多角度描述了该系统，具体地设计了数控系统中的运动控制器模块和I/O控制器模块，实现了模块的功能。 4.加工测试和系统验证为验证论文的研究成果，搭建了数控系统平台。并基于NC-210硬件系统，对原型系统的功能在数控铣床上进行了测试和验证。 5.实时插补中的加减速控制的研究本文在分析了现有的加减速控制方法的基础上，对S曲线加减速控制进行了深入的研究，通过在系统中的运行验证了该方法的有效性；并在此基础上，进一步探索了面对复杂曲面加工时，实时插补中加减速控制的问题，提出了基于模糊数学理论的模糊加减速控制方法。 6.进给伺服系统摩擦补偿控制的研究通过对进给伺服系统中摩擦问题的详细分析，估计了摩擦对数控加工轮廓误差的影响，设计了一种基于规则的摩擦补偿模糊控制器，很好的补偿了进给系统中摩擦的影响。最后在不同进给速度的情况下，对模糊控制器进行了仿真加工和试验加工，充分证明了该控制方法在控制性能上优于传统的控制。