随着数控技术的不断发展，数控系统特别是嵌入式数控系统在生产制造领域发挥的作用越来越大，数控系统的性能成为制约产品质量和生产效率的重要因素。嵌入式数控系统具有高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展的显著特点，因此研究高速嵌入式数控系统的模块化设计具有重要意义。本文以基于WinCE和CPAC平台的嵌入式数控系统为研究对象，对数控系统的模块化设计和速度前瞻控制算法进行研究，设计开发了一款具有良好开放性和扩展性，移植性强的嵌入式数控系统。主要研究内容如下：将嵌入式数控系统功能划分为主程序模块、初始化模块、手动运动控制模块、自动运动控制模块、实时监测诊断模块和界面操作控制模块六部分，确定每个功能模块包含的功能，使用OtoStudio软件编写嵌入式数控系统各模块功能。模块化设计使嵌入式数控系统具有良好的开放性和移植性，功能模块可以根据需要添加功能，移植到其他基于CPAC的嵌入式数控系统开发程序中，简化数控系统设计过程，缩短开发时间。通过对相邻加工轨迹衔接速度约束条件的分析，本文提出了一种根据小线段判别条件自适应调整前瞻段数的速度前瞻控制算法，定义了小线段判别条件，给出了自适应确定前瞻段数的方法。并通过MATLAB仿真数控系统加工过程，仿真结果表明提出的速度前瞻控制算法可以有效提高数控系统加工效率。最后对于基于CPAC的嵌入式数控系统的应用进行了研究，通过雕铣机数控系统的设计介绍了在本文嵌入式数控系统基础上开发新的数控系统的过程。雕铣机数控系统被应用到实验室的雕铣机试验台上，对采用本文提出的前瞻控制算法和未使用前瞻控制算法加工的零件进行比较，比较结果表明，在微小线段轨迹加工过程中本文提出的前瞻算法可以显著的提高数控系统的加工质量和加工效率。