有限状态机（Finite State Machine, FSM）是一种计算模型，它能够通过有限个状态以及在这些状态之间的转移来描述系统的行为。在数控（Computer Numerical Control, CNC）系统软件中，有限状态机的应用研究是对数控软件开发与控制系统架构设计有重大意义。本文将详细探讨有限状态机在数控系统软件中的应用研究的知识点。
要理解有限状态机的基本概念。有限状态机通常由四部分组成：一个有限的状态集合S，一个有限的输入字母表A，一个转移函数δ：S×A → S，以及一个起始状态s0属于S。有限状态机可以是确定性的（DFA）或非确定性的（NFA），但在实际应用中，确定性有限状态机更为常见，因为它们的每个状态在接收到一个输入后，有且仅有一个明确的后继状态。
在数控系统软件中，有限状态机的引入是为了解决控制软件的开发问题。数控系统软件的开发核心在于控制软件架构的构建。控制软件需要处理诸如启动、停止、暂停、故障处理等多种不同的操作状态，而有限状态机通过明确定义系统的每个状态以及状态之间的转换，为数控系统提供了一种结构化、可预测的控制逻辑。
文章中提到构建了控制器软件架构，并利用这个架构建立了一个CNC系统原型。这意味着有限状态机不仅在理论上对数控系统软件有指导作用，而且在实际应用中也验证了其有效性。控制器软件架构的设计是利用有限状态机进行状态划分和状态转移定义，确保数控系统的每个操作阶段都能得到恰当的处理，并且系统能够在各种操作之间平滑地切换。
文章中提到了关键词“软件架构”，这表明研究者强调了软件设计的重要性。软件架构包括了有限状态机的设计，以及如何将这些状态机整合到一个大的系统中去。这种架构的设计需要综合考虑系统的需求、性能、可维护性等因素，而有限状态机正好提供了一种清晰的状态划分方法，有助于软件架构的实现和优化。
在文章中还列举了不同的状态，如S0、S1、S2等，这些状态代表了数控系统中不同的操作模式或者状态。每个状态都有它特定的行为，比如S0可能是空闲状态，而S1可能是加工状态。状态转移则表示了从一个状态到另一个状态的转换，例如从S0转移到S1可能意味着从等待命令转为实际开始加工。状态机图示中的FSM[A,Z,S]表示状态机由字母表A、状态集合Z和状态转移集合S组成，这种表示方法有助于理解和实现状态机模型。
在数控系统中，有限状态机的使用不仅限于软件设计，还可能涉及到与其他系统的交互，例如与PC、PLC（可编程逻辑控制器）的通信等。文章中提到了Visual C++ 6.0、Microsoft Windows环境以及IPC（工业个人计算机）和PLC的结合应用。这些技术的结合意味着有限状态机不仅要在数控系统的控制逻辑中起作用，还要能够与现代工业计算机和控制技术良好地集成。
研究者提到了Jean-Pierre Kruth等人的研究工作，这表明在任务型机床控制方面有限状态机的使用得到了进一步的探讨。此外，NIST（美国国家标准与技术研究院）提供的FSM相关文档和库，以及在IEEE国际机器人与自动化会议上的相关讨论，都显示了有限状态机在数控系统软件应用研究中的广泛性和深入性。
有限状态机在数控系统软件中的应用研究，不仅关注于理论模型的构建，更着重于实际的系统开发和工程实现。通过对不同状态的定义和状态转移的控制，有限状态机为数控系统提供了一种强大而灵活的控制逻辑框架。同时，有限状态机在软件架构设计中的应用，也使其成为了实现复杂控制系统的关键技术之一。随着数控技术的不断进步和工业自动化的深入发展，有限状态机的研究和应用将会更加广泛，并在提高数控系统性能和可靠性方面发挥更大的作用。
