数控机械论文十篇

数控机械论文篇1

数控机床是把电子技术、自动化技术、电机技术以及测量技术集中在一起的自动化化设备，数控机床具有精度高，效率高和柔性高这三个主要的特点。数控机床属于过程控制装备的一种，它需要每一时刻都要做好对设备的控制，使全部设备都可以准确的工作。需要注意的是不论哪一部分出现了故障问题都会使得机床设备停止工作，这就造成了工作的停滞，工作停滞的出现会对生产的质量和效率都受到严重影响。此外，特别是当设备运用于煤矿生产中时，一定要加强注意，因为数控机床正是处于工作中的关键岗位，如果出现故障后没有及时的进行维修和维护，就会造成巨大的经济损失，所以对煤矿机械的原理和装置进行详细的设计是很重要的。

2、数控技术特点和发现现状

数控技术能很方便的改变加工工艺中的工艺参数，有利于新产品的研发和换批加工。能确保加工的精度减少辅助时间，从而实现一次工作完成多道复杂的加工工序。对于普通机床难以完成的零价加工，如对复杂零件和零件曲面状的加工能高质量的完成。采用的是模块化的工具，一方面减少了安装和换刀的时间，另一方面又提高了工具的管理水平和提高了工具的标准化。随着现在的微处理器的产生以及现代的SOPC技术的发展，在机械加工和和机械设备的维修检测以及集成的程度上都有很大的提高。我国的自主创新能力不足，目前我国的数控技术只是处于对进口产品的模仿阶段，在技术创新方面缺乏。归其原因就是我们对引进的先进技术的研究不深入，最重要的是我国缺乏完善的鼓励创新机制。还有就是我国的产品网络程度不高，可靠性和稳定新不高。现阶段我国主要的串口通讯技术和NC程序传送技术的集成化和网络水平有限。所以在煤矿数控技术的研究和应用的领域还有很长的路要走。

3、煤矿数控机床的结构

构成数控机床的主体结构，有控制面板、CNC装置、伺服单元、驱动装置和测量装置等构成。计算机系统在煤矿机床的数控系统中占据着一个核心地位，系统通过输入以及输出命令的各种转换来对数据进行处理，从而完成来对工程执行的各方面操作。在操作工程中，控制面板充当了一个人机交换的媒介，传输各种各样的程序。PLC在煤矿数控机床设备中发挥着信息的交换作用，它是一个双方面信息交换空间，不仅要实现与控制中心的信号进行交换，还要与数控机床的开关信号进行交换，所以它的信息存量特别大。信息交换的地址不能随意的删除或者更换，都是已经事先设计好的地址。对煤矿数控机床的设计有三个重要的模块，分别是主传动数控化、传动的数控化以及对伺服进给系统三方面的设计改造。

4、煤矿机械数控机床的设计

应综合考虑系统应用的场合，所需控制的对象以及对系统提出的基本要求这些因素之后，再选择使用合适的CPU。8088，8086，80386，8098，80286，8096等16位机的CPU是目前我国常用的CPU芯片。有时候也选用8位机的CPU，例如8080，8031，Z80等。应用于普通数控机床改造的一般是Z80CPU以及MCS一51单片机。选择它们主要是看重了配套芯片比较廉价，而且实用性和普及都是很强的，此外，对于它们的制造和维修也都是很方便的。这些特点使得它们完全符合改造需求。电气控制系统的目的就是为了满足被控对象工艺，有效的促进产品的质量和生产效率的进一步提升。在设计PLC控制系统的过程中，要按照下列原则进行。

一、坚持完整性原则，也就是说，要确保可以满足工业生产过程和机械设备的需要。

二、经济性原则，就是产品一经设计出可以做到简单实用。

三、可靠性原则，就是PLC控制系统在设计完成后可以稳定可靠的运行。

四、发展性原则，就是对现在已有的生产工艺进行全面的检查后给未来的发展留出一定的空间。

通过机床的传动实现不同的工件在不同的速度下运行时的协调。传动的性能会对零件的质量和生产效率产生很大的影响，在设计中还要考虑其经济性，利用原来的电动机拖动机床的传动，达到机床的正常高效率运行。在加工的设计中，考虑到变换了切削转矩以及机床电压，会使得电机转速也发生变化，使得生产精度提高，其影响会直接反应在零件的表面生产。在主轴的设计中应加入变频调速系统，用来完成机械换挡。传动系统主要是将接受系统的指令传输给传送系统需要进行工作的部分。驱动系统会根据指令进行相应设定的工作，之后会进行机械的加工处理，从而生产出符合规定要求的零件。对于精度要求很高的参数设置需要依据传动要求进行相应的设定，同时，开环控制是对驱动系统进行改造的过程中不可缺少的环节。当现代机床与传统的进行比较时可以发现，现代机床具有更高的稳定性，而且自身发生故障的可能性越来越低，工作中出现的故障也大多是由于人为操作失误所引起。数控机床都是由机械和电气等多方面的程序构成，维修人员要从内到外仔细的检查，最大限度的排除因为随意的卸载造成的机床性能降低。此外，对于参数的设置也要能够起到将滚珠丝杠螺母副之间的轴向间隙减小甚至消除的作用，这样的操作可以更加有效地提高传动的刚度。在设计中，对数据库的整理也是很有必要的，它是远程数据库的基础，网络数据库是将数据和资源实现共享的核心技术，然后经过本地计算机的处理完成数据的存贮和查询。

5、煤矿数控机床伺服系统设计

数控机床的伺服系统有三种，即开环，半闭环和闭环三种。其中闭环的控制方案的优点很多也很突出，闭环的系统的机床精度很高，在补偿机械运动中的误差小，能减小甚至消除干扰与间隙等因素对精度的影响。但是闭环系统的机构较其他系统复杂，使用技术难度较大，对该系统的调试和维修困难，再有就是生产的造价高，在实际的生产过程中使用闭环的控制系统没有太大的必要性。ActiveX的其实就是一个开放的平台。其工作内容就是给程序的开发人员和用户，还有Web生产厂商提供在互联网创建程序集成过程中的方向。ActiveX服务器控件能把所有的能执行的代码还有程序融入到该服务器系统之中，并嵌入到Web中，让用户能通过网络就能得到想要的程序，不需要远程的客户端就能进行远程的执行。

6、总结

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所谓机械制造就是机械产品，宏观上包括各种动力机械设备的制造（如农业机械、纺织机床、运输机械等等），微观上是指从原料的加工处理、检测、包装以及运输的整个过程。机械制造业的发展水平是衡量国家工业化发展程度的标志之一，为国民经济提供了技术动力支持。目前我国机械制造企业的生产实力、发展规模等等都处于世界先进行列，但是我国的机械产品技术含量较低、质量不符合国际标准，大部分高精度机床的性能还不能满足要求，产品的技术水平和质量保证都远远落后于世界标准，技术管理落后、工艺落后，研制出来的产品不能满足客户的需求，更不能迅速转变成商品，严重制约了我国机械产品的发展。现阶段，美国数控技术在机械制造企业实现了“三个三”模式，即三个星期的设计周期，三个星期的试制周期，三年的无故障运行。而我国数控技术在机械制造企业的应用与美国相差甚远，机械产品质量更是不可同日而语。我国机械产业对国外技术的依赖较大，大部分机械产品的关键部件来自于国外，所以逐渐形成了“崇洋”的观念，不论什么东西，只要打上国外的标签，就能有市场。为了提升我国机械产品的竞争力，机械工业部门提出了“加强工艺管理、严格工艺纪律，提升工艺水平，全面推行质量管理”作为工艺工作的指导方针。在国民经济的发展过程中，机械制造行业起着举足轻重的作用，提升机械产品的技术含量，减少对国外技术的依赖，对提升我国在国际竞争中的地位有不容忽视的作用。总之，数控技术在机械制造的应用，给制造行业带来了巨大的变革，同时也带来了机遇与挑战，所以我们应不断提升数控技术，更好的应用到机械制造行业中，提高竞国际争力。

2数控技术的特点

数控技术（NumericalControl），即采用电脑程序控制机器的方法，按工作人员事先编好的程式对机械零件进行加工的过程，简单地说就是用数字化信号对设备运行过程等进行控制的一种先进的自动化技术，是典型的机械与电子计算机相结合的机电一体化科技。从诞生之初到现在，经历了电子数控技术、晶体管数控技术、中小规模IC数控技术、小型计算机数控技术以及微处理器数控技术五个阶段。数控技术在我国开发应用是从1958年开始，改革开放之后，数控技术在机械制造行业的应用才逐渐步入正轨，主要模式是引进国外的先进数控技术，通过消化吸收后，投入生产，总的来说，我国数控技术在制造行业的应用有了质的飞跃，许多机械制造企业从传统产品转变为数控化产品，促进了经济的发展。现阶段，由于数控技术是一种采用计算机数字实现数字程序控制的技术，所以数控技术也可以成为计算机数控技术。电子计算机数控技术采用软件模块化的体系结构，使输入数据的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能得以实现，使计算机按事先存储的控制程序来执行对设备的控制功能，显示了数控技术优良的性能，具有较高的性价比（。图一为完整的数控工作示意图）总的来说，数控技术的进步与发展与计算机的发展息息相关，在数控技术的发展过程中起着基础性作用，当然数控技术的发展也离不开各种辅助技术的进步，比如说传感检测技术、光电技术、机械制造术以及通讯技术等。数控技术是实现机械制造自动化过程的基础，是现今集成制造系统的重要组成部分，在美国、日本和德国等发达国家，将数控技术应用到机床改造与生产线量产上，境地了机械制造企业的生产成本，并有效地将机械设备的功能、效率以及产品质量提升到新的高度，使传统的机械制造业发生了极其深刻的变化。

3数控技术在机械制造中的具体应用

随着信息技术、网络技术以及自动化技术的不断发展，数控技术与机械制造行业的结合越来越有效，通过计算机操作平台可以全面掌控生产产品的各项指标与基本参数，并为新产品的研发与现有产品的性能完善提供技术支持，数控技术与机械制造行业的融合，拓宽了机械制造业的范围，带动了经济发展。数控技术的应用范围也较为广泛，以下为数控技术在机械制造行业的具体应用：

3.1数控技术在煤矿机械中的应用

我国国土面积较大，各种资源比较丰富，煤炭资源更是储量大，在我国的能源系统中占据重要地位，所以如何有效开发利用煤炭资源是我国煤机企业的主要任务。企业设备自动化程度是工业化水平的象征，在市场竞争较为激烈的大环境下，煤机企业不断提升劳动效率、降低生产成本才能处于不败之地，长久发展。根据煤矿企业的生产环境以及自身特点，不适合使用大型的机床设备，更不适合投入大量的资金购置设备，所以煤炭企业可以利用现有型号的加工机床，改装成加工精度等级较高，性能较好的设备，有效地开采、加工煤矿资源。当然煤机企业充分利用现有机床产品等设备资源，并不断改造提升机床的易操作性，提升其功能和精度，不断满足较高生产环境的设备要求，提升生产效率，最终实现投入少、效率高、设备应用率高的目的，不断促进煤炭企业的发展。

3.2数控技术在汽车工业中的应用

近年来，汽车行业的发展可以说是较为迅猛的，汽车制造、零部件加工等等都随之发展，数控技术的出现，对汽车制造业来说，是一项福利，加快了复杂零部件的制造，减少了人力，提升了效率。现阶段，汽车行业对零部件和车身的要求逐渐提高，为了满足生产需求以及市场需要，各种机械设备也不断朝着精密化、自动化的方向发展。例如激光数控检测技术的应用，激光检测技术具有精度高、适用性强、可靠性高等优点，比如，激光检测技术可以应用到测量尺寸上，用激光对汽车的曲轴、凸轮轴、阀座等零件的直线度、长度、垂直度、密度等测量,所有尺寸的分辨率可达1μm,重复精度0.2μm，精确性非常高（。图二为汽车工业中采用激光技术加工的部分零件表）数控技术应用到汽车工业上，可以提高产品生产效率及产品质量。例如美国Ford汽车公司和Ingersoll机床公司合作研制成HVM800型卧式加工设备，并采用高速电主轴和直线电机，主轴最高转速为24000r/min，工作台最大进给达7612m/min，可以理解为不到1s工作台可行程1m，瞬间完成一个工作行程。在汽车工业的今后发展过程中离不开数控技术，二者的结合会越来越融洽。

3.3数控技术在工业生产中的有效运用

在工业生产的范畴中，机械设备是基础，主要由控制系统、驱动系统及执行系统构成。在现代工业在生产中，有些生产环境较为恶劣，人工操作难度大，也不能满足生产要求，造成人力资源浪费，甚至会发生工伤安全事故等等，所以应引进先进的生产技术实现自动化生产。数控技术在工业上的应用，有效地改善了这些情况，生产效率得到了提升，工作人员的人身安全也得到了保障。除此之外，数控技术也具有监管功能，在实际生产过程中，一旦发现操作错误，信息就会立刻经过传感器输送到控制单元，对错误操作进行提示，并采用一定的措施进行保护，从而实现正常化生产。

3.4数控技术在机械设备上的有效运用

在机械制造行业中先进的设备居于核心地位,机械设备是机械制造的重要组成部分，是机械制造的灵魂，在机械生产领域的地位是无可替代的，数控技术的发现应用，使得机械制造行业实现了数字化及自动化发展，实现了机电一体化。面对现代机电一体化的要求,机械制造业必须具有具备控制能力的数控机床设备。在机床上运用数控技术,主要依靠代码，其可以将产品生产的各类数据储存在介质中，之后发出指令，传达到控制系统，最终实现对整个机床生产的控制，是电脑机械相结合的产物,通过软件设置来控制主轴速度变化、选择刀具、启动冷却泵等各种繁杂的操作。数控技术在在机械设备上的应用，促进了各个行业的发展，提升了生产效率，实现了批量化生产，在经济发展中也起到了推动作用。（图三为激光检测系统原理结构图）（图三激光检测系统原理结构图）

4数控技术在机械制造中的应用的发展前景

数控技术的优越性能在机械制造领域很好的发挥出来，无论是最开始的封闭式技术，还是现代的开放式计算机数控技术，数控技术很好的发挥了他的优越性能。在以后的发展过程中，数控技术也将逐步提高其自动化和智能化的性能，更好的提升工作效率，适应市场需求。数控技术在机械制造中发展应用前期，我们并没有注重专业化需求，无论从技术上、管理上、人才选取上我们都应专业化，最终实现产品专业化的目的。提升我国制造装备行业的综合竞争能力，实现机械设备产业化发展，满足国家的战略需求，促进国民经济发展，实现制造行业飞速发展，不断提高我国的工业发展实力。

5结束语

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1数控技术的原理

数控机床使用计算机嵌入式系统，能够在计算机上远程控制和定位工作台，还具备了和数控机床匹配的功能模块结构，很大程度上提高了工作的效率。对固定工件进行位置处理，能够保证程序正常运行。使用数控机床的时候，把每个坐标轴移动分量传送到驱动光源中，这样机床的切削运动就可以按照编制的路线进行。使用装置中的插补功能进行数据的记录，控制系统把数据信号传送到控制装置中从而进行管理。中央处理器分析数据信息，让每个部件都可以正常运转，对零件进行精密加工处理。数控机床使用的是数字信息控制运动过程和机械加工。设定编程程序，让编辑好的程序控制设备。所以数控技术极大的提高了机械加工的设备的灵活性，促进了加工机床的发展。在制造行业中，数控技术已经是加工的主体，数控技术的高低直接关系到产品的质量。

2数控技术在制造行业应用

2.1在机床设备中应用

数控机床是现代机电的重要组成，能够有效的提高制造业的工作效率。数控机床的应用改变了原来的零件加工方式，能够使用数字化技术处理零件的加工工艺，使用编程指令，让人工操作得到了取代，提高了加工效率。在机床设备中应用数控技术，能够让生产工序和各项设备有机配合，不再调整机床工作台的位置，能够实现复杂零件的加工。

2.2在工业中应用

在工业中，主要是将数控技术应用在机械设备生产线上。采用编程方法，把需要的指令输入到了计算机中，然后通过控制计算机实现机械设备远程自动化控制技术，不再使用人工控制。数控技术具有很高的精确度，在保证了加工质量的同时，还能够提高生产效率，人工工作的环境也得到了改善。在工业中应用数控机床能够完成复杂的加工任务，在精度方面也有很好的精确度，在工作效率方面更是比人工操作快速。一旦出现了故障，数控机床的相关传感和检测系统，就能够把故障的相关信息传输到计算中，计算机就会停止机床的工作，能够很好的保护数控机床设备。这样能够很大的节省人力资源，让企业的成本降低。

2.3在机械加工中应用

我国科学技术发展非常迅速，不进行数控车床技术的更新就不能跟上时展的步伐。很多的机械制造商已经意识到了先进技术的潜力，不断地引进先进的焊件。数控气割技术轻松的解决了单件下料难的问题，在工作的时候，只要保证压缩接触面积均匀，就能够实现很好的密封功能，对于产品的内外环凹凸面加工提供了保证，实现毛坯到成品持续加工。数控技术在机械浮动油封中也得到了很大的应用，能够将数控镗铣床编程和现代机械设备进行结合，通过提前编制好齿形子程序，调整结合角度就可以满足质量的要求。在机械加工中，使用数控车床技术，还能够提高零件焊接的精度，进行密封，能够从毛坯到成品持续加工，很大程度上提高了加工效率。

3数控机床增效措施

数控机床加工工艺和加工设备中有一些问题，缺乏数控机床加工工艺的知识库和数据库，缺乏加工切削参数，缺乏数字化管理系统和制造系统。数控机床在加工的时候，需要很长的准备时间和等待时间，发生故障之后调试的时间也很长，这些都降低了数控机床的效率。对我国数控机床加工工艺现状进行认真分析之后，研究出了一些增加数控机床效率的方法。

3.1提高自动化程度

数控技术在发展过程中，会逐渐的提高自动化程度，这是数控技术发展的趋势，也是制造领域的要求。自动化程度加快之后，能够减少加工的时间，提高加工的效率。经过柔性生产线和柔性制造单元以及复合加工技术，能够提高数控技术的自动化和连续性，这样可以有效的降低加工所需要的辅助时间，提高了生产效率。

3.2优化加工过程

数控车床加工过程还存在一定的缺陷，通过优化生产加工过程，能够减少加工准备时间。在加工中，使用先进配套的管理方式、生产技术、机械零件制造执行系统、刀具自动配送、机械设备管理等，能够增强设备的开动率和完整性，对于数控机床的持续运行和高效管理具有很好的作用。

3.3优化加工设计和工艺

数控机床加工工艺需要优化，在保证零件质量的前提下，通过减少加工的时间，提高加工的效率。数控机床使用先进的刀具或者是高性能的数控机械机床等，能够仿真模拟数控机床的加工，从而优化控制数控机床程序。优化加工工艺和加工设计，能够提高加工的性能，提高切削效率和主轴的加工效率。

4总结

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上个世纪80年代，计算机技术的飞速发展带动各行各业的迅速进步，依赖计算机自动控制技术的现代机械制造业也逐步脱离传统制造，转变为高效率生产。由集成电路板支撑的数控技术为核心的数控铣床率先走进了机械制造业，然后各种数控机械迅速充斥了机械制造业。从数控车床到镗床、磨床、钻床再到大型的冲床、板材一次性成型机械、车削设备等等，CAD等机械模拟制图软件的开发利用又进一步的提高了机械制造的工程化发展。计算机已经走进了微电子的时代，数控技术也不例外，微电子技术为数控技术的更精细更准确操作提供了可能，微电子技术使得操作界面更加人性化，也更加小巧精致，实现的功能也更加丰富。不仅仅是单个制造产品，还可对成品进行计数打包装箱等后续步骤，操作工人只需在一旁监管突况的发生。传统的机械制造业也可以进行计算机自动控制化的改造，实现对零散的生产设备统一管理，协调一致的生产。通过计算机模拟技术，可以找到机械制造中效率和利益最高的生产状况，为企业带来更大的利益。计算机技术不仅仅是对机械生产中起到作用，在原材料的购进，原材料的加工利用，产品的后续包装销售过程中，计算机能构架一条完整的集成制造体系。

2数控技术的生产利用

在一些恶劣的生产环境中利用数控技术尤为重要，在化工生产过程中，粉尘、有毒有害气体无时不刻威胁着生产工人的人生安全，数控技术的引用不仅改善了工人的劳动条件，提供了安全保障，同时对企业来说，也提高了产品的生产效率，实现机械化。在生产加工中对环境要求非常高的加工过程中，数控技术可以摆脱人的因素，能提供更优的生产环境，例如在食品加工过程，传统的作坊式生产明显不能满足我们对食品卫生的要求，在现在化无菌化生产条件中数控技术减少了人为操作，一切由机械代替手工自动完成，保证了生产加工的质量要求。数控技术对既定的生产过程进行控制，一般采用负反馈的调节机制，利用传感器发现错误并及时采取相应的处理方法，实现全过程的智能化一体化生产。

2.1在采煤业中的应用

在传统的采煤业中，一般是由采煤工人在地下进行挖煤作业，由于地下情形的不可预知性，煤矿事故频繁发生。即使是在采用机械化采煤技术的今天人工的操作依旧存在，地下煤层环境的不同，也需要采用不同的机械。数控技术在采煤机的应用，解决了单件下料的重要难题，数字化技术能够模拟出最优的套料方案，不仅能实现采煤机械的高效率生产，还能极大的避免人工直接操作的危险性，降低甚至杜绝了煤矿事故的发生，提高煤矿生产企业的经济效益。

2.2在汽车行业中的应用

汽车行业近些年在我国发展迅猛，数控技术在汽车工业中加快了汽车零部件的标准化生产，有数控技术控制的生产中心更加智能化，不仅高效率还能满足产品更新的要求，还能制造一些极为复杂的零部件，为汽车工业的整体发展添砖加瓦。将不同零部件数字化处理后存储在计算机中，利用模拟技术可以虚拟制造出各种汽车模型同时利用各种试验软件模拟测验，了解其参数，更迅速的开发出一种产品来，缩减了汽车的研发周期。

2.3在新型机械制造领域的应用

在航天领域，许多零部件需要特殊的加工，才能满足平整度、刚度、柔韧性的要求，传统的制造也很难满足这些加工要求，这就要求数控技术对材质进行精密的微加工，不仅节约了材料还能更快的实现零部件的加工，推动了航天领域的发展。其它高精度的科学仪器亦是需要数控技术的应用。

3机械数控技术的未来发展

3.1更精确

利用数控技术完成高精度的机械操作，在微米级乃至于纳米级的操作级别上手工借助机械一般很难完成及其细微的工作，只有通过数字控制技术进行分子的自组装完成对纳米级别的加工，数控技术精确到每一步，严格控制生产环境，将各个生产环节严丝合缝的连接起来，最终完成高精度超复杂的产品生产。

3.2更大

在微观领域，数控技术可以做到微米级和纳米级，机械设备也可以做的很小。在另一方面，数控技术结合大型生产机械也成了未来发展的一种走向。利用数控技术为核心的3D打印技术可以自行一体化建设大型建筑，在对复杂机械的组装上，大型组装机械自动精确组装每一个零部件，节省时间提高效率。

3.3更快

没有最快只有更快，数控装置在未来几年内需要具备高速处理大量指令的能力，处理数据的能力和反应的时间长短决定了精确度。这不仅需要算法上的不断改进和优化，更需要硬件设施的不断提升。由于计算机运行速度的飞速提升，CPU的运行频率早已达到上千兆MHz，在微秒级别上依旧能够快速做出反应。在另一个方面，伴随着数据处理速度的提升，机械传动速度度提升也十分迅猛，主传动轴的转动速度已经达到100000转每分钟了，转速的提高对附加的进给部件的刚度和韧性也提高了很大的要求。

4小结

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1 引言

机电控制技术是机械、电子、计算机和自动控制等技术的有机结合,机械电子工程专业主要培养德、智、体全面发展,并能从事机电一体化产品和系统的设计、制造、运行的工程技术人才。学生通过学习可获得工程师的初论文联盟步训练,适合到企事业单位从事技术及管理工作。培养目标上主要包括以下几个方面:(1)、系统地掌握机械制图、力学、机械制造工艺等机械工程方面的基础理论、基本知识;(2)、掌握电子技术、微机应用技术、检测与控制技术的基本理论和基本知识;(3)、具有一定的机电一体化产品和系统的设计、制造、使用和维护的综合能力;(4)、具有一定的计算机应用能力。

matlab是矩阵实验室(matrix laboratory)的简称,是美国mathworks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括matlab和simulink两大部分。matlab作为现代数学计算和计算机模拟仿真的应用软件,将高性能的数值计算可视化,提供了大量的内置函数．从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域,已经成为工科学生一门必备的数学工具。本文将机械工程控制的数学建模问题通过matlab来实现,将传统的问题通过现代化的工具实现,以显示matlab在机械控制工程中处理问题的快捷性与优越性。

2 机电控制课程特点

机械控制工程基础是一门多学科交叉的基础课程,机电控制工程基础的基本问题是:建立系统的数学模型;系统分析计算;综合校正确定控制规律。本课程的基本任务,是使学生获得机电控制系统的基本理论,掌握系统的基本分析方法和计算方法。为设计机电控制系统及后继课程的学习和进一步研究学习控制理论打下一定的基础。本课程中应用的数学较多,在控制理论书籍中使用了大量的数学,使得大多数机械类学生学习控制工程感到抽象和困难,对学习这些理论的目的性缺乏认识,影响了学习兴趣,学习效果欠佳。为帮助学生更好地理解基本概念,掌握基本理论和基本方法,将matlab先进控制软件工具以及教改和教学研究成果及学科最新发展引入教学,使学生加深对经典控制理论的理解。仿真实验内容丰富灵活,弥补了传统实验的不足。学生可不受实验室的限制,只要有计算机,何时何地就能进行。从应用情况看,基于matlab的自动控制原理仿真起到了很好的辅助教学的作用,能把抽象的理论知识与可视的图形结合起来,深化理论知识。

3 运用matlab实现系统分析范例

matlab作为一种高性数值能计算软件,其系统控制工具箱主要处理以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的问题。该工具箱对控制系统的建模、分析和设计提供了一个完整的解决方案,是matlab最有力和最基本的工具箱之一。其功能包括系统建模、系统分析、系统设计。在工程控制中有很重要的影响。而早期的控制系统分析过程复杂而耗时,如想得到一个系统的冲激响应曲线,首先需要编写一个求解微分方程的子程序,然后将已经获得的系统模型输入计算机,通过计算机的运算获得冲激响应的响应数据,然后再编写一个绘图程序,将数据绘制成可供工程分析的响应曲线。所以matlab控制系统工具箱和simulink辅助环境的出

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现,给控制系统分析带来了福音,只需要几个命令就可实现复杂的人工工作,如图1所示的伯德图与奈奎斯特图的绘制。 论文联盟

4 实践课程教学改革的实施

为了突出重点,突破难点,在课程教学中尽量运用matlab进行范例解析,形象地向学生展现机械控制工程中生硬晦涩的数学内容。为了让学生加强对教学重点的掌握和难点的理解,实现教学目标,由浅入深分阶段实施实践教学。

首先是范例分析阶段:由任课教师提供典型范例,进行深入细致的讲解,并针对不同知识点设计课程作业,深入浅出的帮助学生完成从理论到实践的过渡,使学生掌握最基本的专业技能和基本理论。

其次是模拟设计训练阶段:由教师提供综合范例,要求学生运用所学知识完成任务,其目的是提高学生的matlab应用能力,巩固掌握的机械控制工程知识和技能,增强创新的能力和意识。

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论文摘要：本文通过分析目前我国数控技术人才培养现状和企业对数控技术人才的素质要求，探讨数控技术应用岗位所需专业知识的结构，最后提出了对专业基础课，专业课程的教学课程及内容进行整合的基本思路。

随着科学技术的发展，世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求，目前我国制造业已开始广泛使用先进的数控技术，但掌握数控技术的机电复合型人才奇缺，数控编程、数控机床操作和维护人员更是不足。据调查目前我国高校数控方向的毕业生每人通常有4个以上的就业岗位可供选择，毕业生一次性就业率在95％以上。来自大学、高等职业技术院校的数控技术应用专业的毕业生，虽然具有一定的专业知识和动手能力，但缺乏工艺经验，难以满足某些企业对加工和维修一体化的复合型人才的要求。这主要是作为培养技术人才的高校、高职院校在加大培养数控人才的力度的同时，没有根据数控技术岗位需求的变化来相应的改变教学模式和教学内容，仍在延续传统教学模式所造成的。

目前市场对数控人才的需求有以下三个层次，所需掌握的知识结构也各不同。

(1)金领层：这类人才需熟悉机械加工和数控加工工艺，具有熟练的数控编程能力、较高的数控设备操作能力和数控设备的维护、维修能力，且具有一定的实际经验和宽厚的综合理论知识，能自行完成数控系统的选型、数控机床机械机构的设计和控制系统的安装调试和维护，独立完成机床数控化改造等工作。

(2)灰领层：具有较为系统的机械加工工艺理论知识，熟悉数控加工工艺的特点，能够完成数控程序编制和数控机床维护等工作。

(3)蓝领层：具有手工编程和调试数控机床的能力，熟练的数控机床操作能力，了解自动编程和数控机床的简单维修，能够完成数控机床的操作、调试和维护等工作。

本文从培养数控技术应用型通才的角度来探讨其岗位所需的专业知识结构，并依此为基础来讨论专业基础课和专业课程的设置及课程教学内容的整合。

数控技术是用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动控制技术。模拟控制系统中的控制信息是模拟量，而数字控制系统中的控制是数字量，在计算机技术迅速发展的推动下数控技术以其表达信息准确，可进行复杂信息处理且具有逻辑处理能力，使刚性机械设备具备了柔性。

从机床控制技术的观点来看，数控技术的cnc系统把计算机引入数控系统，可利用计算机的数据处理能力方便地实现各种控制策略，用软件实现机床的开关量控制。当被加工对象的数字信息被送入到专用的或通用的计算机后，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。数控机床就是将加工过程所需的各种操作和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示。这使数控机床与其它自动机床具有了一个显著的区别：当加工对象改变时，除了重新装夹工件和更换刀具之外，只需要更换新的控制程序，不需要对机床硬件作任何调整或少量调整即可。

从机械加工技术的观点来看，数控加工技术属于现代制造技术的范畴，是计算机技术、信息技术与机械技术交叉融合而形成的一门综合性新技术。数控机床，是数字控制技术嫁接到金属切削机床上的产物。数控机床的加工方法仍然是采用金属切削方法。因而，数控加工与传统机械加工的工艺规程从总体上说是一致的。由数控机床的成形运动的控制采用了计算机数字控制技术，不但能够使其成形运动实行两轴或多轴联动，使数控机床能够在两维和三维空间中实现任意曲面的加工，而且使机床结构大大简化，使数控机床所能采用的切削方法增多，加工工艺范围增大。因而数控加工工艺过程与传统加工工艺过程产生了较大差异，主要体现在：单台数控机床可使用多种切削加工方法、工艺范围增大，数控加工的工序内容比普通机加工的序内容复杂、工艺过程缩短，工艺装备种类和数量减少，装夹次数减少，加工精度和质量主要由机床保证，特别是加工中心(mc)，可实现除定位基面以外的其它大部分表面的加工，机床柔性增大。数控加工工艺的制订不但涉及到传统机械制造工艺制定的基本理论知识，还包括加工原点的确定、工序内容的划分、刀具轨迹的确定、刀具的选择与使用和切削用量的选择等具体内容。

从以上分析，数控的金领层应具备根据被加工对象的工艺特征和特殊要求，编制数控程序及调试、维护数控机床和使用数控机床进行加工的能力。

根据其能力需求，我们可以从以下两个方面来分析其所需的知识结构。

从机床控制方面，数控的金领层应在电工电子、计算机原理及控制、计算机编程语言、数控原理及数控机床、数控软件及数控编程等方面具备扎实的基础知识；

从机械加工方面，数控的金领层应在现代机械设计、机械加工工艺、金属切削理论、夹具、刀具和量具等方面具备扎实的基础知识；

从机械加工技术和控制两个方面出发，数控技术应用所涉及的学科范围广、教学内容多、课程内容本身具有其系统性要求。怎样在有限的教学时间里，将所需的基本知识传授给学生，且能达到培养目标的要求，是课程体系建立和教学内容的确定过程中应解决的关键问题。因此，课程内容的合理安排和整合是必需的，也是至关重要的。

通过对以上两方面知识的分析，职业教育数控培养方向的专业课程知识结构应以“机械制图和机械设计理论为起点，材料和塑性成形方法为基础，机械加工工艺为核心，数控技术为手段”这一基本认识来构建。根据课程理论的辩证适度原则、综合性与系统性相结合原则、统一性和多样性相结合原则；课时分配比例合理原则；开放性原则；超前性原则；理论性和实践性相结合原则，将机械领域与数控技术领域的基础知识整合，提出以下职业教育数控培养方向专业课程知识结构的建立思路。

数控机械论文篇7

关键词：单片机，运动，控制，机械臂

 

一、前言

智能工业机器人是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。论文参考，机械臂。

本文以AT89C51单片机为控制核心来实现对机械臂的控制，从而实现为高等学校教学提供一系列机器人教学系统，为学生提供一个开放性、创新性的实验教学展示平台，通过对机械臂的亲自组装、调试和应用开发等创新实验，让学生全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成技术，从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理；掌握机械传动部件的选择,结构件的设计,传感器的选择和使用，电机的选择和使用，计算机编程和调试等，使学生的机电系统的设计，装配，调试能力均能得到综合训练。

机械臂运动控制技术也可以应用在工业领域，通过对教学机械臂研究的不断完善，它可以应用于恶劣的工作环境和危险的工作场合，也可以代替枯燥单调的重复性劳作，像农业机器人、服务机器人、水下机器人、军用机器人、娱乐机器人等，具有一定的实际意义与社会价值。

二、六自由度机械臂设计思想

1.系统设计总体思想

本系统采用AT89C51单片机作为主控制器，采用LCD液晶作为系统显示单元，通过键盘作为系统输入设备，通过传感器实现机械臂运动过程中各点信息及数据的采集，将采集到的信息传输给单片机控制核心，单片机根据采集到的数据进行分析，通过驱动电路将机械臂按程序指定轨迹进行运动，并将运行的各点数据在液晶屏上进行显示。

2.运动控制系统的设计

六自由度机臂运动控制系统采用伺服电机作为执行的动力机构。论文参考，机械臂。我们采用DM-EC-M645直流伺服舵机，它具有如下特点：当控制电压为6.0V时的输出力矩：9.6 kg·cm，控制速度：0.19秒/60°，并且重量轻等优点。

我们所采用的DM-EC-M645直流伺服舵机，它的结构相对比较简单，就是一组减速电机，在电机的动力输出轴上并联上一个电位器，当输出轴转动时能同步地带动电位器旋转，其内部有驱动电路来检测电位器的变化并同时和外面控制信号进行比较，从而得出要“锁定”的位置，该电机的输入端只有3条线，分别是电源正、电源负和控制脉冲端（一般就是白色或橙色那条）。我们通过周期为20ms，高电平为0.5ms～2.5ms的脉冲对伺服电机进行控制，0.5ms～2.5ms的脉冲对应伺服电机的0°～180°。如果我们控制采用8位无符号整型变量，它的范围在0～255，这样在伺服电机的控制精度上我们可以达到0.72°。论文参考，机械臂。这样就能实现比较高精度的点对点运动控制。论文参考，机械臂。论文参考，机械臂。

3.显示系统的设计

显示系统采用的是MG128*64液晶对六自由度机臂运动控制过程进行显示，该中文字库的MG128*64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

4. 软件设计总体思想

程序的控制思想：系统运行后初始化系统变量、按键显示用到的I/O以及中断等；初始化完成之后，将进行电机位置数据的采集，并执行位置比较程序，如果电机按预定程序运行，则将电机运行的数据在LCD液晶上进行显示。如果电机没有按预定程序运行，则将进行电机初始位置调整。主程序循环过程中不断的扫描按键，如果有按键触发将会调用键值处理函数。从而可以实现机械臂的人机对话控制。

三、电机驱动电路的设计

直流电机的转速控制采用PWM控制。由于单片机输出的脉宽在本系统中无法驱动直流电机带动负载运动，因此需要通过驱动电路才能驱动电机，设计中采用L293D芯片作为电机驱动芯片，驱动方式采用半闭环或闭环控制，直流电机驱动电路占用单片机12个口，分别为P1.0-P1.7，P2.0-P2.3。分别采用相同的三组驱动模块。

在使用过程中，L293D工作时间稍长，发热会较严重。严重时，L293D甚至会出现过温保护，无PWM信号输出。尝试将两路输入并联使用，输出端也并联到一起并接到电机一端，电机另一端接地。论文参考，机械臂。使用该接法后，L293D工作时间再长，也只有轻微发热。这种输入端和输出端并联的方法在实际中不仅可以更好地驱动电机，相同的电压和占空比时，速度更快，同时它还可以降低H桥上的压降，从而减小L293D发热，防止器件由于温度过高而被烧坏。当单片机输出一定的占空比的PWM信号，电机就会向一个方向旋转，调整好电机的两个输入端，就可以驱动机械部运动，从而实现机械臂六个自由度的控制和运动。

四.结束语

基于AT89C51的8位特性、通过L293D直流电机驱动芯片，使得该系统的数据采集和运算处理十分的方便简单，同时，设计过程中我们LCD液晶显示机械臂运行数据，还可以通过按键进行预定设置，实现机械臂按指定轨迹运行。另外AT8C51的开发环境支持标准的C语言函数库，使得复杂的数学运算变得轻而易举，大大减小了编程的难度。 本项目应用于高校的实验教学环节，可以培养学生的动手实践能力和创新能力。

数控机械论文篇8

关键词：机械；加工工艺；数控实习；教学

作为数控专业的重要必修课程，数控实习对于学生的技能提升方面起着很重要的作用。在数控实习教学中强调机械加工工艺教学是学生在学校与生产企业接触的重要途径，强调机械加工工艺可以使学生拥有良好的职业操守、专业的技能以及较高的综合素质，在数控实习中，不仅仅要注意对学生动手能力的培养，也要关注学生综合素质的提升。

一、目前数控专业学生在实习课程中所出现的问题

现阶段在众多的院校的数控专业教学课程中，教师注重的是对学生编程能力的培养以及编程技巧的应用。编程内容主要是通过编程来对工件的端面、台阶、车外圆、螺纹、圆弧的机械加工。在学生的实习课程中，主要的实习内容就是用数控仿真软件来对基本的编程指令进行练习，这种实训方式有一些弊端，例如学生对于实际操作比较盲目，不知道该从工件的那个部位开始下手等。一般情况下，技术型专业的学生理论基础较为薄弱，这是因为他们的课程侧重点为实际操作，忽略的对理论知识的学习与探究，因为数控专业学生的整体知识水平、学习兴趣以及接受能力等因素，进行机械加工工艺文件的学习可以使学生清楚的认识到现代工厂的概况，但是如果忽略了对于机械加工工艺的学习，数控专业的学生就会缺乏就业意识，也不能够提起学生学习的兴趣。而且，从机械加工工艺文件的文字描述角度来看，教育用书与加工工艺文件还是有很大的差别，课本上面的理论知识较为笼统，科学知识以及逻辑推导的内容较多，而机械加工工艺文件的内容比较简洁，与实际工作的关系更为紧密，从学生的角度来看更加有用，因此对机械加工工艺文件的学习有利于提升学生学习的兴趣。因此，近年来的各个高校加强了校企之间的合作，在数控实习课程中加大了对机械加工工艺文件的教学，满足了学生的学习需求，提升了学生的专业知识以及综合素质，满足了现代企业对于技术型人才的需求。

二、加强机械加工工艺文件在数控实习教学中的应用建议

为了使机械加工工艺文件在数控实习中得到更好的应用，加强对机械加工工艺文件的学习是很有必要的。机械加工工艺文件的主要内容就是对工件进行机械加工时的具体操作流程、操作方法以及多方面的操作技术指导，机械加工文件主要包括对零件加工的工艺路线、加工工序的方法、加工装备、检验方法、时间规定、工件的切割用量等。而机械加工工艺的过程就是应用机械来将工件毛坯加工成具体的零件，其大体的流程为粗制加工―精细加工―零件装配―检验环节―产品包装。在数控实习的过程中，要使用划分式教学的方法，来将数控的实际加工工序进行划分教学，以数控加工的安装、加工为单独的工序，可以以一把刀具一道工序的形式进行划分，也可以按照加工工件的不同部位进行工序划分，对于加工步骤较多的工件来说，可以按照工件的结构特点来进行划分。但是普车与数控工序划分有一定的差异，普车的粗细加工要分开，但是数控加工的过程中，粗加工与细加工可以同时进行。对于机械加工来说，加工工艺的参数是十分重要的，在数控实训课程中，因为课时安排较少，硬件设施不够，教师的教学侧重点往往是对于指令的学习，而关于机械加工工艺的参数几乎没有什么详细的介绍。在工件实际生产时，机械加工工艺的参数是工件价值的保证，因此加工工艺参数的学习是很有必要的，教师应当增加对各项加工参数的教学，这样可以有效的提升学生的实训操作技能。机械加工工艺文件在数控实习中的应用可以让学生对机械加工工艺有一个系统性的认识，还能够提升学生的专业技能，在毕业后才能更快的适应专业工作。因为机械加工工艺与企业实际生产息息相关，因此加大机械加工工艺在数控实习教学中的应用可以满足现阶段企业对于专业型技术人才的需求。数控实习如图所示

三、结语

在实际的工厂生产中，难免会出现一些安全隐患，学生在W校的数控实习中对于机械加工工艺文件的学习能够让安全意识深入人心，在很大程度上降低了学生参与工作后的安全风险。在这个机电一体化的时代，人工智能水平在日益提升，例如数控机床与机器人的智能化结合。因此机械加工与数控技术的结合是时代的产物，是现代社会机械行业的必然发展趋势。因此，将机械加工应用到数控实习教学中是很有必要的，这项教学措施可以让学生在以后的工作中快速的适应机电一体化的时代，从而推动时代技术的发展。

参考文献：

数控机械论文篇9

[关键词] 机械工程控制基础；控制论；思维方式；教学方法

[中图分类号] G642.421 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2013）01-0055-03

0 引言

“机械工程控制基础”是20世纪80年代初兴起的一套控制理论，是经典控制理论在机械工程领域中的应用，现在已经发展成为机械工程专业的一门专业基础必修课。在这门课程的教学之初，注重的是理论教学，强调课程体系的系统性和逻辑性，教学形式是以课堂授课为主，教学内容以介绍基本概念和基本原理为主，这使学生初步领悟到控制论的深奥，也领会到控制论的缜密性、逻辑性和系统性[1，2]。但是，由于学生的数理基础和机械工程专业背景有限，普遍感觉课程内容抽象，而且理论性太强，在有限的时间内让学生接受这些理论和方法，往往感觉力不从心[3-5]。在教学过程中不断探索、不断积累经验，逐渐体会到在“机械工程控制基础”这门课程的教学过程中，首先要培养学生的逻辑思维方式，通过生活实例和典型工程案例巧妙地将课程的基本理论与工程实践有机地结合起来，将抽象的内容具体化，将无形的理论有形化，将缜密的证明过程简单化，激发学生的学习兴趣，培养学生运用控制论的思维方式解决机械工程领域的实践问题，使该课程逐渐成为广受学生欢迎的实用性较强的一门专业基础课程。

1 “机械工程控制基础”课程特点

随着控制技术在机械行业中的广泛应用，掌握“机械工程控制基础”的基本概念、基本原理和基本方法已成为机械工程专业学生进行机电液产品设计、制造、生产管理必备的基本知识和基本技能。该课程的主要内容包括：系统的数学建模、时域性能分析、频域性能分析、稳定性分析、性能校正及其控制系统设计。“机械工程控制基础”课程具有理论性强、系统性强、逻辑性强的特点，导致学生普遍感觉这门课程学习难、作业难、实践难。要学好这门课程，对学生提出三个基本要求：较好的数理功底、一定的工程背景、较强的逻辑分析能力。尤其是机械工程专业的学生，前期学习了机械制图、机械原理、机械设计等课程，初步培养了学生的形象思维方式，现在如何从让机器动起来的形象思维方式成功转型到只用数学公式表达机器运动的抽象思维方式，然后再将抽象的内容具体化、实践化、工程化，教学过程中应在以下6个方面下功夫[6]。

2 “机械工程控制基础”教学方法探索

2.1 给学生一个控制论的大概念，引导学生以最 快速度掌握控制论的学习方法和思维方式

在第一堂课上，首先向学生介绍控制论的产生、发展以及在机械工程中的应用，让学生对这门课程有一个整体概念，看到的是控制论这片森林，“机械工程控制基础”课程就是这片森林中的一片小树林。强调控制论是一种方法论，是研究广义系统在一定外界条件下的动态历程，是适用于发展变化的任何事物，包括自然、社会、经济、工程领域发展变化着的事物。然后，再介绍控制论在其他领域中的应用。以我国的人口发展为例，介绍计划生育政策在人口发展过程中的作用。在无计划的情况下，人口是爆炸式增长；在有计划的情况下，人口是以最低的增长速度发展，计划生育政策就是控制策略，充当了一个控制器的作用，控制着整个人口发展的这样一个动态历程。再以我国的经济发展为例，分析我国在改革开放前后经济发生的翻天覆地的变化，也是由于国家方针政策的作用。人口发展和经济发展都可以用数学公式来描述，这就是人口发展和经济发展的数学模型，然后用控制论来分析系统的发展和变化规律，最后制定国家的方针政策来调整人口和经济发展的变化趋势，进行人为的控制，从而达到了预期的目标。在人口发展和经济发展过程中，包含着系统的数学建模、性能分析、性能校正，这就是一个完整的控制过程。用这两个实例使学生初步了解控制论这个大概念，引导学生登高望远，以最快的速度掌握控制论的学习方法和思维方式，激起了学生的学习兴趣，提高了学生对这门课程的重视程度，同时使学生体会到控制论在事物发展过程中的神奇作用和力量。

2.2 介绍“系统”这个概念，让学生明确这门课 程的研究对象

“机械工程控制基础”是由系统数学建模、时域性能分析、频域性能分析、性能校正等主要章节组成，每一章节都包括多个知识点，这些知识点构成了一套完整的理论体系。学生如果只是掌握了这些孤立的知识点，很难将这些知识有机结合起来，形成控制论的整体概念，所以首先应该向学生介绍“系统”这个概念。从上面人口发展实例中让学生得知人口组成就是一个系统，再如，在日常生活中经常使用的抽水马桶就是一个控制系统，是由水箱、杠杆、浮子、进水管和出水管组成，通过浮力与弹力平衡原理控制水箱内的水面高度。通过实例让学生认识控制系统的组成、工作原理，分析控制系统的动态特性，绘制控制系统结构方框图等，培养学生的抽象概括能力和逻辑思维能力。最后引入系统的概念，系统是一个由相互联系、相互作用的若干部分构成的，并且是有一定的目的或运动规律的整体。这就是这门课程的研究对象，在以后各章节学习系统数学建模、性能分析、性能校正等知识点，最后利用这些知识点对系统进行综合设计和性能评价，引导学生以“系统”的观点认识、分析、解决机械工程领域的问题。

2.3 基于所学理论培养学生的逻辑分析能力

“机械工程控制基础”是应用数学手段，基于物理学、电工电子学、力学、机械原理等知识建立系统数学模型，将机电液系统抽象为数学模型的形式，进行性能分析和设计计算。因此，要求本专业的学生具有良好的数学、物理、力学、电学、机械学的基础，有一定的机械工程方面的专业知识，而且具备多学科的知识积累。要想学好这门课程，学生首先要有一定的数学基础，掌握复数、复变函数、拉氏正逆变换、傅氏正逆变换的基本概念和基本运算定理。如果学生之前没有学习工程数学，这里需要有针对性地补充与本课程直接相关的知识，尽量做到教会学生怎样应用定义、定理，而不是定理的证明过程。有些涉及到物理学、电工电子学、力学知识，学生们虽然学过相关课程，但是时间一长就印象不深刻，因此，在每次课程结束之前把下次课程会用到的有关知识点给学生一一列出，让学生课后提前复习已学过的基础知识，在下次课堂上只需对要用到的基础知识作些简单的提示或回顾，在旧知识与新知识之间架起一座桥梁，新旧知识有效衔接，达到事半功倍的效果。例如在系统建模这章中，用到“牛顿第三运动定理”、“基尔霍夫定律”等知识，在系统时域性能分析这章中用到一阶微分方程和二阶微分方程的求解知识。这时老师要及时提醒学生，或者点到为止地重复这部分内容，这样学生在建立数学模型时就会很清楚地知道这些数学模型是建立在哪些理论基础之上，并且知道如何应用原来学过的定理或定律去分析问题、解决问题，构建一个完备的知识框架，也能够从中体会到原来各门学科之间是相互联系、相互衔接的，只有融会才能贯通，学生自然逻辑清晰，分析能力自然提高。

2.4 将抽象的内容具体化、实践化、工程化

控制理论中大部分定义、理论和方法都是比较抽象的，在教学过程中如果仅限于理论的介绍和论述，学生不仅会感觉空洞乏味，而且有无本之木、无源之水的感觉。如果教师能够结合一些具体而又形象的例子会产生事半功倍的效果。例如在系统的稳定性这一章中，系统的稳定性是这样描述的：“系统稳定性是指系统在初始状态，或者是输入引起的初始状态的影响下，由它所引起的系统的时间响应随时间推移，逐渐衰减并趋向于零”；系统不稳定性的定义是“系统在初始状态的影响下，由它所引起的系统的时间响应随时间推移而发散”，教师要花很多时间解释概念的内涵和外延，可是学生还没有直观形象的感觉。每当讲到系统稳定性和不稳定性定义的时候，笔者就列举两个实例，一个是倒立摆试验台，一个是起重机的起升机构的末端部分——钢丝绳、吊钩和货物组成的正摆机构。倒立摆源于火箭发射瞬间的状态，是一种不稳定的系统通过稳定控制手段，使其稳定倒立的一个典型教学实例；而起重机货物摆动是在受到外界干扰作用下在铅垂方向附近摆动，最终在空气阻力作用下恢复到铅垂方向，这个铅垂向下的方向就是它的平衡位置；而倒立摆的平衡位置是铅垂向上的位置，在外界干扰作用下离开平衡位置，如果无外力作用再也无法恢复到它的平衡位置。通过这两个工程实例形象直观地介绍了系统稳定性与不稳定性这两个抽象的概念，不需要太多的解释。

2.5 从生活实例中发现问题、分析问题，培养学 生的洞察力

减少抽象模型例题，增加生活实例和机械工程典型案例，同时把机械领域的前沿课题以及研究结果作为实例引入到教材之中。例如在讲解时域性能分析这章中的二阶振荡环节的时域响应这部分内容时，涉及到振动频率、系统激励、系统响应、响应幅值的概念，将货郎担振动现象作为典型实例。货郎行走就是系统激励，货郎担的上下振动就是系统响应，振动的大小就是振动幅值。不同材质、不同尺寸、不同截面形状的货郎担振动的频率不同，如果货郎行走的频率与货郎担的频率一致，这样就发生共振，货物按照货郎行走的频率，在随着货郎向前运动的同时，做上下振动，这样货郎挑着货物就省力，这也是人们不把货郎担做得太硬，而是有一定弹性的原因。例如在二阶欠阻尼系统中介绍无阻尼固有频率、有阻尼固有频率和阻尼系数等概念时，列举行驶在马路上的汽车发生上下颠簸的现象。汽车底盘下都有减振弹簧和阻尼器，目的是为了降低由于路面起伏引起的车体上下振动问题。汽车的质量是 ，减振弹簧刚度为 ，阻尼器阻尼系数是，则系统固有频率，阻尼比，有阻尼固有频率 。如果弹簧太硬、阻尼系数太小起不到减振的作用；如果弹簧太软、阻尼系数太小消振太慢，路面没有起伏的情况下，车体还在振动。因此，如何设计、计算汽车的减振弹簧和阻尼器参数，使汽车有合理的振动频率和阻尼比，得到缓冲减振的效果，同时，还要避免汽车振动频率与路面起伏频率相一致的情况。介绍从具体生活实例或工程实例到各个环节模型，最后到数学模型的过程，培养了学生从具体实例到数学模型的建模能力。

2.6 培养学生用控制论的思维方式解决机械工程 实践问题

要实现机器运动可以通过机构驱动的方式，也可以通过控制手段，还可以通过机构与控制系统相结合的方式。不同的机器具有不同的固有特性，只有在掌握了其动力学特性的基础上，才能确定驱动方案，其中必有一种方案是最佳的。学生在机械原理课程中学习了各种机构，掌握了机构的运动规律。而本课程教会学生除了应用机构驱动机器，还可以应用控制手段实现机器更加复杂的运动，让学生了解如何将经典控制论应用于机械工程实践中，根据“时域性能分析和频域性能分析”的知识分析系统的动态性能，根据“系统性能校正”的知识设计控制系统，改变系统的运动特性，达到期望的运动目的。

3 结束语

以上是笔者多年从事“机械工程控制基础”课程教学过程中遇到的问题，以及应对问题的解决方法。在这门课程的教与学实践中还有很长的路要走，仍需要不断实践、不断探索。

参考文献

[1]杨叔子，杨克冲，等.机械工程控制基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.

[2]孔祥东，群.机械工程控制基础[M]北京：机械工业出版社，2008.

[3]周先辉.面向工程能力培养的《机械工程控制基础》课程教学方法探索[J].高教论坛，2010，（1）：81-83.

[4]雷文平，郝旺身，等.关于“机械工程控制基础”课程的教学探索[J].中国电力教育，2010，（32）：68-69.

数控机械论文篇10

关键词：控制工程；机械电子工程；模糊控制

引言

随着我国社会经济的蓬勃发展，机械电子工程行业对科学技术不仅有着更多的需求量，而且其需求也逐渐朝着多元化、智能化和现代化的方向发展，因此控制工程在机械电子工程中的运用具有良好的应用前景和应用空间。为有效实现机械电子工程的长久稳定发展，人们需要继续关注和重视机械电子工程，并努力寻找可以将控制工程灵活运用到机械电子工程中的方法与技术。本文在这一背景下，对控制工程在机械电子工程中的应用进行探究。

1控制工程与机械电子工程的具体内涵

1.1控制工程

控制工程是指将工程与计算机技术等相关基础理论作为重点概念，利用其中的各项自动化技术解决和控制工程问题的一种技术。控制工程中重点研究多输入与输出，以及非线性设计问题和参数问题等。现在控制工程的应用范围和应用领域正在逐渐扩大，并且在机械电子工程中也开始得到广泛应用[1]。

1.2机械电子工程

机械电子工程既具有机械专业的特点，同时也带有电子信息特征。如果从设计层面出发对其进行定义，机械电子工程融合了众多领域和学科知识，在设计和系统操作过程中主要利用模块化的方式。与以往的机械工程不同的是，现在的机械电子工程性能更高且构造简易、体积较小。随着科学技术水平的持续提升，机械电子工程的系统也越来越复杂，因此有必要利用各种科学技术将其同控制工程紧密联系，从而更好地推动机械电子工程的发展。

2控制工程在机械电子工程中的实际应用

2.1智能控制系统

发展至今，在控制工程中最引人瞩目的便是智能控制系统。其通过杂糅人工智能技术和计算机技术，将其运用在机械电子工程中，使用人工智能的方式模拟和控制某一操作流程，为各种机械机器人设定相关运行程序使其可以像人类一样完成生产操作等工作。智能控制系统的运行方式完全参照人类大脑的思维方式，因此利用智能控制系统可以在进行机械化生产时主动完成各项信息的搜集、分析和处理工作，在有效控制生产成本的同时进一步提升机械电子工程的生产效率。

2.2集成自动控制

现阶段，在我国机械电子工程中最常使用的控制系统便是集成自动控制系统。它立足于原有的信息技术，并对其进行优化调整，有效地提升了机械电子工程系统的完善程度[2]。通过在机械电子工程中，尤其是机械生产加工过程中使用集成自动控制，能够有效整合以往的信息技术以及同机械生产相关的各种信息，从而大大加强了机械电子工程中的集中工程。其通过与信息技术进行高度融合，并配合相应的机械电子生产技术，以自动化、高效化和标准化的方式快速、精准地完成机械加工。在科学技术水平又一次提升的情况下，已经出现了能够全部保留机械电子工程中自动化成分的柔性自动控制系统。该系统能够实现自动化和智能化的生产与控制，可以将信息技术、计算机技术以及现代机械电子技术等进行有机整合。将柔性自动控制系统运用于数控机床，可以将设定好的标准生产程序和控制程序输入至控制设备中，从而更加科学、高效地完成机械生产制造。

2.3鲁棒控制

控制工程中的鲁棒控制也经常被运用在机械电子工程中。相比于其他控制技术，鲁棒控制最大的特点是在面对外界因素的干扰时能够始终保持某一方面的性能不变。因此，鲁棒控制在控制方面具有无可比拟的稳定性，尤其是在机械生产制造中更加倾向于使用多变量型鲁棒控制系统。譬如，在制造柔性臂轨迹的过程中，基于滑膜变的结构控制法研制出了一种慢变控制器，其运用H∞的控制理论，可有效调整整体系统控制器结构。而在模拟研究操作轨迹时则可以通过运用补偿控制算法计算具体的补偿控制量，以有效实现H∞控制理论与滑膜变结构地组合控制，进一步提升控制系统控制目标轨迹运行过程中的精确性和有效性。

2.4预测控制

以高速液压机为例，将控制工程中的预测控制技术运用在高速液压机中，能够有效推动液压机技术实现新的突破与发展。为有效满足社会发展需要，高速液压机的压力和速度均实现了不同程度的提升。因此，其也面临着更大的负载惯性，极有可能出现加大系统超调的情况，从而影响高速液压机的测量精度。通过运用预测控制，能够根据系统的实际情况建立相应的预测模型，并在此基础之上获取预测输出值，利用这一数值准确预测并计算出系统误差变化率。通过运用预测控制能够有效控制高速液压机的负面影响，尤其是通过准确地预测计算能够提前明确控制器的输出，从而有效控制高速液压机的应用模式[3]。

2.5模糊控制

工作人员在机械电子工程中需要进行繁杂的工序和操作才能完成机械加工。因此，为有效提升工作效率并缓解工作人员沉重的工作量，可以将控制工程中的模糊控制运用其中，从而建立起精准的数学模型以有效实现自动控制。模糊控制技术能够清晰直观地展现出具体技术操作，同时其构造算法和控制编程既灵活又简单，对于简化机械加工中的复杂技术具有良好的现实意义。不仅如此，在机械加工中运用模糊控制时，可直接将测量值以及设定好的偏差及变化率等输入其中，省略了数字描述控制对象的步骤即有效获得最优控制输出值。因此，工作人员在特定工作区内使用模糊控制并利用仿真实验的方式就能显示出最优的控制成效。

2.6神经网络控制

目前，控制工程中的神经网络控制技术也经常被运用在机械电子工程中，该技术立足于仿生学中的思想控制，通过连接各个看似简单的神经元，从而构造出一个完整的网络结构即高度非线性动力学系统，用于完成相关技术操作[4]。譬如，在数控机床中，通过运用类似于人脑结构的神经网络，对各操作技术进行自我组织以及适应，从而有效控制数控机床的切削等机械操作。至今，神经网络控制技术在数控机床中已经能较为精确地处理和识别各种不确定的情况，且具有强大的学习能力。由于受到智能技术的影响，神经网络控制将更加智能化、自动化地运用在数控机床中，从而有效提升机床的加工以及工作成效。

3结语

总而言之，在我国综合国力不断上升，科学技术水平飞速发展的情况下，人们对机械电子工程的研究力度正在不断加大，其发展程度也在日益完善。通过将控制工程运用在机械电子工程中，能够有效地帮助机械电子工程提升生产效率和效益，并推动该领域朝着智能化、自动化和现代化的方向稳定发展。相信在未来，控制工程还将得到进一步完善，能够更加全方位、更加高效地运用在机械电子工程中。

参考文献

[1]李艳萍.控制工程在机械电子工程中的应用[J].机械管理开发，2016，（4）：75-76.

[2]傅思杰.控制工程在机械电子工程中的应用[J].福建质量管理，2016，（4）：254-255.

[3]李健，李朕兴.控制工程在机械电子工程中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2017，（1）：44-45.