我优求知网数控系统论文范文1
从企业实际需求来看，对于制造业，目前企业的MIS和ERP仅仅局限于通常的管理、设计开发等上层部分的信息化，是远远不够的，工厂、车间的最底层数控机床不能够连成网络，就必然成为制约制造业企业信息化的瓶颈，不能充分提高生产效率。对于面临全球化竞争的现代制造工厂，数控机床必须达到一定的数量或比例;其次就是把所拥有的数控机床组建成一个双向、高速的制造体系，彻底解决信息孤岛问题，构成数字化车间，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。
2.网络数控技术的发展
2.1DNC系统及网络结构DNC(DirectNumericalControl，DNC)系统是指多台数控机床由一台计算机统一分配控制程序和进行管理。现在的DNC系统从内容和意义上已发展成为分布式数字控制(DistributedNumericalControl，DNC)系统。从数控技术的发展分析，分布式数控系统是由直接数控系统发展而来的，是针对当时数控设备内存小、处理能力弱而产生的。以后出现的计算机数控(ComputerNumericalControl，CNC)设备使DNC系统增加了程序编制和编辑功能，并且有一定的通讯能力。随着局域网、数据库、工作站的发展以及零件加工系统发展的需要，出现了分布式数控系统，它是针对车间的生产计划、技术准备、加工操作等基本作业的集中监控与分散控制相结合而产生的车间生产控制系统。系统的目标任务通过局域网分配给各子系统，子系统之间信息相互交换以协调完成任务。这种系统的优点是易于扩充、灵活、可靠性高，具有良好的开放性。
一般DNC系统通常具有两级计算机分级结构形式，即主控计算机加CNC系统群组成(见***1)。对于通信距离短、组成DNC系统的数控机床数量少的小型系统可采用这种方式联接。该联接方式结构简单，但连线多、易出故障、通信距离短(RS2232通讯距离一般为15m以内)，不适宜较大范围的DNC系统。
2.2现场总线系统及网络结构
鉴于以上通信方式存在的缺陷，一些研究单位提出了基于现场总线技术(主要有BitBus和CAN总线)的改进型DNC通信系统，可实现远距离通信，具有操作方便、开放性好的特点，其网络拓扑结构如***2所示。每台数控机床配备一台通信前端单元，各通信前端单元与DNC主控计算机间采用现场总线进行连接。通信前端单元与数控系统集成在一起，可靠性高。系统具有良好的扩展性，设备更灵活，但是车间级网络是总线协议，工厂上层网络都是基于TCPPIP的以太网，这样还不能方便地实现信息共享。
3.工业以太网
普通以太网(Ethernet)是为IT应用而开发的，在工业自动化领域只得到有限的应用，这是由于:1)以太网采用C***APCD碰撞检测方式，在网络负载较重(大于40%)时，网络的确定性(Determinism)不能满足工业控制的实时要求:2)Ethernet所采用的接插件(connector)、集线器(hub)、交换机(switches)和电缆等是为办公室应用而设计的，不符合工业现场恶劣环境的要求;3)以太网抗干扰性能较差;4)以太网满足本安型应用有一定的难度等。随着工业以太网技术的发展，上述问题正在迅速得到解决。
工业以太网是基于IEEE80213(Ethernet)的强大的区域和单元网络，工业实时以太网对普通以太网作了如下改进:1)采用交换式以太网，仅在发送站和接收站之间直接交换信息，克服了时延和碰撞，提高了实时性;2)采用全双工(Full2duplex)网络，端口上媒体段的长度不受C***APCD的制约，可以延伸距离;3)网络速度的提高(已全面从10M过渡到100M，甚至1000M)，使以太网能提供足够的带宽，又减少了冲突;4)所采用的接插件(connector)、集线器(hub)、交换机(switches)和电缆等已有为工业环境而设计的。至于以太网存在的不确定性和实时性能欠佳的问题，已由于智能集线器的使用、主动切换功能的实现、优先权的引入以及全双工的布线等，基本上得到解决。通过提高数据传输速率，仔细地选择网络的拓扑结构及限制网络负载等，可将发生数据冲突的概率降到最低。工业以太网经过上述改进措施后，典型的工业应用中，10MEthernet峰值负载为10%，100MEthernet峰值负载为0.5%，而Ethernet只有当负载达40%以上时才会有明显的延时现象;在100MEthernet网中，发送一个信息包延时超过2ms的状况五年也不会发生一次，美国电力研究院(EPRI，PaloAlto.，Calif)的实验结果表明，可保证延时在4ms以内。网络数控就是建立在上述工业以太网的基础之上，而且采用工业以太网作为网络数控的底层有多方面的优势:1)成本低。因普遍应用所形成的硬件、软件资源和广泛的支持，Ether2net是世界上应用最多的网络，超过93%的网络节点为Ethernet。2)为了促进Ethernet在工业领域中的应用，国际上成立了工业Ethernet协会(IndustrialEthernetAssociation)。美国电气工程师协会(IEEE)正着手制定现场装置与Ethernet通信的新标准。3)全球主要自动化厂商和组织加强了工业Ethernet的实现，如德国SI2EMENS公司于1998年了工业Ethernet白皮书，于2001年了其工业Ethernet规范，称为ProfiNET.2004年奥迪(Audi)、宝马(BMW)、戴梅勒克莱斯勒(DaimlerChrysler)和大众(Volkswagen)四家主要的德国汽车公司一致同意支持ProfiNET工业以太网标准。
4.基于工业以太网的网络数控
网络数控系统(NetworkedComputerNumericalCon-trolSystem)是网络控制系统的一个分支。近几年国内比较高端先进的数控系统上都配备了标准以太网的接口，比如华中数控的世纪星系统，这样可以方便地进行联网，即使没有标配以太网接口的数控系统，由于都有RS2232接口，笔者也提出了RS2232到以太网的转换解决方案，专用通信单元用AT89S8252单片机和AT24C512SerialEEP2ROM，以支持Internet应用。此通信单元还有数据缓冲的功能，可以解决老式数控系统内存太小，不能一次装下复杂加工程序的问题，这样就解决了加工停顿的问题，此装置也符合工业标准，安装方便。
数控系统论文范文2
制造业是国民经济的物质基础和产业主体,是国民经济高速增长的发动机,是科学技术的基本载体,是国家核心竞争力的重要体现,是国家安全的重要保证[1]。长期以来我国对制造业不够重视,以上对制造业地位的确立是我们几十年血的教训得来的,已经成为制造业学科泰斗们和国家的共识。当前随着经济全球化趋势迅速发展,国际上产业结构调整和产业转移步伐加快,国际竞争更加激烈,这既对我国提出了严峻的挑战,也提供了历史性的发展际遇。数控机床是制造业的工作母机,是制造业的基础和根本。笔者将蓝牙无线通信技术引入数控系统,并对其应用前景进行了有益的探索。
将蓝牙技术与数控系统的结合,可考虑从以下三个方面提升现有数控系统的性能:
(1)实现技术人员对数控机床的无线监控,方便了用户生产和维护。在生产过程中用户方技术人员可以通过便携的蓝牙监控设备对数控设备进行实时监控和干预机床的运行。
(2)通过建立高速无线数据链路提高数控系统的实时自动监控能力。现有数控系统是基于操作者监控的系统。当数控机床进行加工工作时,操作者主要依靠肉眼的观察和自身的经验来判断机床的运行情况并作出适当的干预,例如停止主轴、系统停机等。这一过程是人工的,其最大的缺陷在于实时性差,当操作者发现异常情况时,可能已造成工件的损毁、机床的破坏等无法弥补的损失。通过引入蓝牙技术,在数控主机与蓝牙监控机之间建立高速数据链路,将数控系统的运行参数实时地传送给蓝牙监控机,由监控机实时地、自动地监控和记录数控系统的运行状态并对数控系统主机发送相应的操作命令。
(3)通过蓝牙监控系统对数控系统运行状态的实时和完整的记录提高数控系统的可维护性。提高机床的维护效率,缩短维护时间是提高数控机床利用率和节省人力、资金的重要途径。2003年9月的数据表明我国机床设备利用率在20%～30%之间。蓝牙技术引入数控系统后,通过对系统运行状态的完整保存,得以对故障进行再现、和分析,可以大大提高系统的非机械性故障的维护效率。
1.蓝牙技术简介
蓝牙技术(Bluetooth)是一种短距无线通信技术,其目的是替代数字设备和计算机外设间的电缆连线以及实现数字设备间的无线组网。1998年爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔成立了蓝牙特殊利益小组(SIG),负责制定蓝牙规范。
蓝牙规范规定了蓝牙应用产品应遵循的标准和需要达到的要求。到目前为止,SIG已经颁布的蓝牙规范有110、110B、111三个版本,目前最新的111版本于2001年4月公布。蓝牙规范由两部分组成:蓝牙核心协议、蓝牙应用框架。
蓝牙技术产品体积小、功耗低,可以方便地集成到几乎任何数字设备中。使用的产品包括手机、PDA、笔记本电脑、打印机、数码相机等。蓝牙无线技术的应用大体上可以划分为替代线缆(CableRe2placement)、因特网桥(InternetBridge)和临时组网(AdHocNetwork)3个领域。
2.技术路线分析
蓝牙技术是现今技术最复杂的一种无线通信技术。蓝牙技术的复杂性并不体现在它的硬件上而是体现在其协议本身的庞大和兼容性上。要实现以蓝牙为数据链路的应用,技术路线的探索和确定是一个关键环节。
根椐数控系统的整体设计要求,系统平台为WindowsNT操作系统。研究的总体目标是“以蓝牙无线通信技术为传输载体,实现数控主机与PC和便携设备的互连,完成数据在数控主机与PC及便携设备的互传,以实现对数控系统的实时监控和高效率维护。”在总体目标确定的情况下,在组织研究的基础上确定了以下三种技术路线:
(1)***开发蓝牙的HCI层以下协议栈以及上层***的通信协议,在此基础上完成系统控制和收发模块的开发工作,实施对接后完成整个开发工作。这一方法无疑是最具吸引力的一种方法。其优点有:
①可以***掌握蓝牙的核心技术;
②蓝牙的所有指令可以在控制模块中直接得以执行,我们可以直接控制蓝牙设备的工作状态、设备连接、通信速率和通信时机;
③减少HCI层以上的协议层,加快程序执行速度。
这种方法所需的工作量极大,蓝牙设备的驱动程序、HCI层以下协议栈和HCI上层控制模块在短时间内***完成。
(2)利用第三方提供的蓝牙开发平台,开发出所需的通信模块。这种方法的优点是开发周期短、开发难度低,但需购买蓝牙开发平台。
(3)利用蓝牙市场上成熟的蓝牙设备,以蓝牙的RFCOMM上层协议栈为平台,开发蓝牙通信模块。
这种方法的优点是投资少、开发相对容易。
我们对第一种方法和第三种方法都做了研究,在综合考虑后最终采用第三种技术路线开发成功,其通信模型如***2。
3.系统设备选型及网络组织
3.1蓝牙的拓扑结构蓝牙支持点对点和一点对多点的通信,最基本的网络组成是微微网。微微网由主设备单元和从设备单元两种设备单元构成。主设备单元负责提供时钟同步信号和调频序列。而从设备单元一般是受控同步的设备单元,并接受主设备单元的控制。在同一微微网中,所有设备单元均采用同一调频序列。每个从设备单元的起始频率和占用信道由主设备单元控制。一个微微网中,一般只有一个主设备单元,而从设备单元目前最多可以有7个。不同的微微网之间可以互相连接。
设备选型要想实现数控系统与蓝牙监控系统之间的数据传输,数控系统和蓝牙监控系统上必须有相应的蓝牙硬件。设备选型涉及到数控系统和蓝牙设备软硬件,整个系统必须能够紧密配合,否则无法实现系统的整体功能要求。系统的设备选型决定了整个系统的硬件成本、开发平台、软件开发难度、开发周期等一系列问题,是一个系统工程,关系到整个系统的研发成败。设备选型主要集中在数控系统本身蓝牙设备的选型和蓝牙监控设备的选型上。
在数控系统本身的设备选型上,我们采用了IPC+蓝牙USBDongle的硬件组合,它具有以下优点:
•系统的成本低。IPC和蓝牙USBDongle都是成熟的工业产品,销售渠道多采购方便,采购成本低。
•便于开发平台的选择和统一。IPC严格符合业界的各种PC机标准,PC机的操作系统和丰富的软件开发平台都可以使用。蓝牙USBDongle符合蓝牙1.1技术规范,蓝牙丰富的上层协议为我们实施开发提供了丰富的协议接口。
•蓝牙USBDongle与数控IPC是***的硬件,大大增加了硬件的灵活性,避免了硬件的独特性给采购带来的麻烦。
蓝牙的固定监控主机基本与数控系统本身的相同,可以采用IPC+蓝牙USBDongle或笔记本PC+蓝牙USBDongle的组合。
基于以下几点,蓝牙移动监控设备采用了HPiPAQPocketPCh5450PDA:
•简化了开发平台的选择和开发。该PDA采用MS的PocketPC210(即WindowsCE310)操作系统,该系统支持主流的X86系列微机在WindowsNT下软件的嵌入式版本,软件资源丰富。因此软件开发平台可选择免费eVC或eVB,而避免了其它主流嵌入式操作系统如PalmOS和Linix所带来的软件资源不够丰富,节省了昂贵的开发平台采购费用。
•该PDA集成了符合蓝牙协议规范111标准的蓝牙模块,避免了PDA上蓝牙设备的开发和选型问题。
•HPiPAQPocketPCh5400PDA采用了ARM体系结构的IntelmPXA250应用处理器,它的主频为400MHz。该系统功耗低、性能高,能够满足蓝牙监控系统要求的系统运行速度。
•HPiPAQPocketPCh5400PDA的系统操作界面与主流的Windows操作系统的界面布置和使用方法相似,界面友好、便于操作。便于使用人员的培训和使用。
整个硬件系统的硬件组织和网络拓扑结构见***4。
4.系统软件结构模型及功能
软件结构模式是指软件的组织管理方式,即系统任务的划分方式、任务的调度机制、任务间的信息交换机制以及系统的集成方法等。研究结构模式是为了解决CNC系统软件集成的问题,也是开发新系统首先要解决的问题,是决定数控系统开发的成败和性能高低的第一要素。系统的整体软件结构模型见***5。
数控系统是基于WindowsNT的全软件型数控系统,软件构架采用“线形系统结构”,这种软件结构具有结构简单、系统模块化程度高、开发维护简单等优点。数控系统与蓝牙结合并实现实时自动监控的首先要解决的问题是实时数据的高速实时采集。通过将蓝牙数控模块嵌入数控全软件数控系统的位控、速控模块,问题就得到了很好的解决。系统运行过程中,蓝牙收发模块将位控模块采集的数控机床的各传感器的信息和机床的运动坐标状态实时地发送到蓝牙监控系统的蓝牙数据收发模块,蓝牙监控系统的蓝牙数据收发模块将发送过来的数据分别送入实时自动监控模块,实时自动监控模块对运行的状态信息按一定的监控算法进行分析检查,如发现有异常则发送指令回CNC部分完成对机床的控制,实时监控模块负责将系统的状态数据存入状态数据库。同时,故障自动检测模块调用系统信息数据库中的机床实体三维信息和被加工工件的三维实体信息结合机床的实时加工状态信息检测可能发生的故障,并实施自动干预措施。人工干预模块是一个人工干预命令集合,在加工过程中技术人员可通过该模块人工发送指令,控制机床的工作状态和实时修改加工参数。故障回放模块是一种事后处理系统。数控系统和蓝牙监控系统之间的工作是相互***地实时并行工作,因此无论CNC部分发生怎样严重的故障,并行部分都能完整的记录系统的状态信息。故障回放和故障仿真模块调用系统状态数据库中的信息,完成其对机床故障的重现,帮助技术人员排除故障、积累避免故障的经验。
5.实现及结论
数控系统论文范文3
关键词：自动控制，天然气管道，安全
0引言
天然气作为一种新的清洁能源，对我国调整能源结构、改善环境污染、方便人民生活、节约能源和减少环境污染等方面发挥了很好的作用。然而天然气是易燃、易爆、易挥发的气体【1】，一旦因各种原因造成管道泄漏、破坏，则可能引发火灾、爆炸事故，造成生命、财产的巨大损失，同时给公共卫生和环境保护带来较长时间的负面影响。因此，加强天然气管道的安全管理是天然气行业的关键任务。将自动化控制的理论应用到天然气管道中是提高安全管理水平的有效措施。
1自动控制理论的发展
自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行【2】。
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的***用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，已形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入—单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。
为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段—现代控制理论，主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论、信息论及仿生学为基础的智能控制理论深入。
为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
2自动控制理论在天然气管道中的应用
自动控制在天然气管道方面也有很广泛的应用。随着我国天然气长输管道的蓬勃发展，尤其在西气东输管道投产运行后，我国数字化天然气管道建设进入了高速发展时期，而数字化天然气管道建设的核心是天然气长输管道SCADA系统的建设。SCADA（SupervisoryControl And Data Ac-quisition）系统，即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的监视控制和数据采集(SCADA)系统作为信息时代的产物，已广泛应用于电力工业、铁路运输、环境保护、城市公用事业及输油输气管道领域【3】。输气管道的SCADA系统常采用管理集中、控制功能分散的分布式控制方式，一旦通信系统或调度控制中心设备故障，各站仍能***地运行。一个完整的输气管道SCADA系统一般可分为三级控制：调度控制中心级、站场控制级和现场控制级。免费论文。
目前SCADA系统已经成功应用于西气东输管道工程，实现了天然气输气管道的全线远程监控，提供了运行参数***采集、数据趋势和设备状态的显示；提供了多种管道运行报警手段，并启动了管道运行的各类保护系统，如管道压降速率保护、高低压保护、ESD紧急停战保护等，全面提高了管道运行的安全程度。免费论文。天然气管道系统的稳定、可靠运行不仅使控制工艺得到了改进，提高了企业管理水平，而且在确保安全生产基础上，获得了更大的经济效益。免费论文。
3 结论
在天然气管道中应用SCADA系统既可以减少作业人员的数量，又可以将计算机应用到天然气管道中，实现天然气管道的信息化和自动化，更主要的是可以提高管道系统的安全性，极大地减少事故的发生。
参考文献：
[1]金玮.天然气管道安全管理的初探[J].工作研讨，2009，3：31
[2]陈建明.自动控制理论[M].北京：电子工业出版社，2009.
[3]王牧阳，喻良[J].西南给排水，2007，2（29）：43
数控系统论文范文4
关键词：自动控制，天然气管道，安全
0引言
天然气作为一种新的清洁能源，对我国调整能源结构、改善环境污染、方便人民生活、节约能源和减少环境污染等方面发挥了很好的作用。然而天然气是易燃、易爆、易挥发的气体【1】，一旦因各种原因造成管道泄漏、破坏，则可能引发火灾、爆炸事故，造成生命、财产的巨大损失，同时给公共卫生和环境保护带来较长时间的负面影响。因此，加强天然气管道的安全管理是天然气行业的关键任务。将自动化控制的理论应用到天然气管道中是提高安全管理水平的有效措施。
1自动控制理论的发展
自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行【2】。
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的***用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，已形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入—单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。
为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段—现代控制理论，主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论、信息论及仿生学为基础的智能控制理论深入。
为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
2自动控制理论在天然气管道中的应用
自动控制在天然气管道方面也有很广泛的应用。随着我国天然气长输管道的蓬勃发展，尤其在西气东输管道投产运行后，我国数字化天然气管道建设进入了高速发展时期，而数字化天然气管道建设的核心是天然气长输管道SCADA系统的建设。SCADA（SupervisoryControl And Data Ac-quisition）系统，即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的监视控制和数据采集(SCADA)系统作为信息时代的产物，已广泛应用于电力工业、铁路运输、环境保护、城市公用事业及输油输气管道领域【3】。输气管道的SCADA系统常采用管理集中、控制功能分散的分布式控制方式，一旦通信系统或调度控制中心设备故障，各站仍能***地运行。一个完整的输气管道SCADA系统一般可分为三级控制：调度控制中心级、站场控制级和现场控制级。免费论文。
目前SCADA系统已经成功应用于西气东输管道工程，实现了天然气输气管道的全线远程监控，提供了运行参数***采集、数据趋势和设备状态的显示；提供了多种管道运行报警手段，并启动了管道运行的各类保护系统，如管道压降速率保护、高低压保护、ESD紧急停战保护等，全面提高了管道运行的安全程度。免费论文。天然气管道系统的稳定、可靠运行不仅使控制工艺得到了改进，提高了企业管理水平，而且在确保安全生产基础上，获得了更大的经济效益。免费论文。
3 结论
在天然气管道中应用SCADA系统既可以减少作业人员的数量，又可以将计算机应用到天然气管道中，实现天然气管道的信息化和自动化，更主要的是可以提高管道系统的安全性，极大地减少事故的发生。
参考文献：
[1]金玮.天然气管道安全管理的初探[J].工作研讨，2009，3：31
[2]陈建明.自动控制理论[M].北京：电子工业出版社，2009.
[3]王牧阳，喻良[J].西南给排水，2007，2（29）：43
数控系统论文范文5
论文摘要：平台式惯性导航系统依靠由陀螺稳定的机械平台，为导航系统和姿态稳定系统提供测量基准，平台稳定回路是其中事关导航精度的关键部分。对平台稳定回路进行了建模，将模糊控制和带多个修正因子的模糊控制方案引入平台稳定回路的双闭环回路系统，并对此控制方案进行了仿真分析，理论上证明了模糊控制方案在平台稳定回路控制中的可行性。
论文关键词：稳定回路 双闭环控制 模糊控制
1964年美国的l．a．zadeh教授创立了檬朔集合理论，提出用“隶属函数”概念来定量描述事物模糊性，奠定了模糊数学的基础。1974年英国的e．h．mamdani研制出第一个模糊控制器，近几年模糊控制已经应用于生活的各领域。模糊控制是一种基于专家知识的控制系统，本文将模糊控制引人平台稳定回路控制，理论研究了引入模糊控制器后系统整体性能，为模糊控制在稳定回路中的工程应用奠定理论基础。
1惯导平台的稳定原理与稳定回路的组成
1．1惯导平台的稳定原理
三轴液浮积分陀螺稳定平台，具有三条参数不同而基本工作原理相同的伺服回路通道，用以保证平台台体相对于惯性空间稳定。当台体转动时，陀螺转子的主轴相对惯性空间要保持稳定，陀螺传感器输出陀螺主轴相对惯性空间的角差信号，经过放大和校正后馈送到平台力矩电机，力矩电机产生扭转力矩，使平台向减少角差的方向扭转，直至信号器输出为零，平台相应轴完成对陀螺主轴跟踪，平台稳定于惯性坐标系内。
1．2惯导平台的稳定回路的结构组成平台稳定回路是一个位置反馈控制系统，组成如***1所示。
2惯导平台稳定回路双闭环控制分析框***与被控对象数学模型
平台稳定回路的单闭环控制只有位置反馈环，本文研究平台稳定回路的双环控制，在位置环之内再加一个速度反馈，形成双闭环控制系统。平台稳定回路的双闭环控制框***如***2。
***2中：日为液浮积分陀螺的角动量；为陀螺传感器的放大倍数；k为耦合放大器和前置放大器的总放大倍数；伺服分解器变比系数；ki功率放大器放大倍数；力矩马达放大倍数；校正网络放大倍数；wa(s)校正网路；j内框组合件绕轴的转动惯量；j2浮筒组件绕进动轴的转动惯量；c：积分陀螺阻尼系数；力矩马达电枢绕组电磁时间常数；k反馈系数。
平台稳定回路单通道双闭环开环传递函数，如式(1)所示。
除校正环节外将上式代人参数，得到平台稳定回路系统被控对象如式(2)。
3平台稳定回路双闭环系统模糊控制研究
平台稳定回路二维模糊控制示意***如***3所示。
3．1稳定回路模糊控制器设计
3．1．1清晰量的模糊化
本文中模糊控制输入变量为：陀螺的定轴和平台坐标系的角差e和其增量e，模糊控制输出变量：
3．1．2模糊控制规则
经过长期工程实践的经验总结，得到的平台稳定回路模糊控制规则，如表1所示。
本文共用了49条模糊控制语句；
3．1．3模糊控制查询表
运用mandani推理法进行模糊推理，根据最大隶属度原则进行解模糊化处理后，由表1得到模糊控制量查询表的三维输出曲线如***5所示，模糊控制量查询表如表2所示。
3．1．4模糊控制器性能分析
在单位阶跃输入(1rad)时系统响应如***6所示：
稳定回路设计要求的性能指标为：超调量不大于20ch，；调整时间不大于0．3s；振荡次数不大于2。
如***6所示，系统在单位阶跃输人下，响应曲线的超调量为5％；上升时间为0．1s；调整时间为0．3s；振荡次数为1。性能指标满足回路设计指标要求。
3．2带多个修正因子的模糊控制
对二维模糊控制系统而言，当误差较大时，控制系统的主要任务是消除误差，这时对误差在控制规则中的修正加权应该大些；相反，当误差较小时，此时系统已经接近稳态，控制系统的主要任务是使系统尽快稳定，为此必须减少超调，这样就要求在控制规则中误差变化起的作用大些，即对误差变化加权大些。这就要求考虑在不同的误差等级引入不同的加权因子，以实现对模糊控制规则的自调整。
带有多个修正因子的模糊控制算法表达式如下：
即得到模糊控制和带修正因子的模糊控制器在单位阶跃输入(1rad)时，系统响应比较***如***7所示。
由***7可知，系统在带多个修正因子的模糊控制器控制下，单位阶跃响应的超调量减小，达到稳态的速度更快，系统性能得到改善。
4结论
数控系统论文范文6
摘 要：本文追寻控制理论的发展过程，首先简单回顾了经典控制理论的产生、发展，接着引出了现代控制理论及并介绍了其发展概况，并通过两者之间的简单对比，彰显现代控制理论的不同之处。最后，对现代控制理论的发展方向提出了一些预见。
关键词：经典控制理论；现代控制理论；发展趋势
一.经典控制理论的产生、发展与局限
维纳曾定义，控制论是“关于在动物和机器中控制和通信的科学”。
在20世纪30到40年代，奈奎斯特、伯德、维纳等人的著作为自动控制理论的初步形成奠定了基础；二战后，又经过众多学者的努力，在总结了以往的实践和关于反馈理论、频率响应理论并加以发展的基础上，形成了较为完整的自动控制系统设计的频率法理论。1948年又提出了根轨迹法。至此，自动控制理论发展的第一阶段基本完成。这种建立在频率法和根轨迹法基础上的理论，通常被称为经典控制理论。
经典控制理论以拉氏变换为数学工具，以单输入――单输出的线性定常系统为主要的研究对象。将描述系统的微分方程或差分方程变换到复数域中，得到系统的传递函数，并以此作为基础在频率域中对系统进行分析和设计，确定控制器的结构和参数。通常是采用反控制，构成所谓闭环控制系统。它有以下几个特点：
第一，经典控制理论只限于研究线性定常系统，即使对最简单的非线性系统也是无法处理的；出描述方式，这就从本质上忽略了系统结构的内在特性，也不能处理输入和输出皆大于1的系统。实际上，大多数工程对象都是多输入――多输出系统，用经典控制理论设计这类系统都没有得到满意的结果；
第二，经典控制理论采用试探法设计系统。即根据经验选用合适的、简单的、工程上易于实现的控制器，然后对系统进行分析，直至找到满意的结果为止。虽然这种设计方法具有实用等很多优点，但是，在推理上却是不能令人满意的，效果也不是最佳的。
综上所述，经典控制理论的最主要的特点是：线性定常对象，单输入单输出，完成镇定任务。经典控制理论具有明显的局限性，突出的是难以有效地应用于时变系统、多变量系统，也难以揭示系统更为深刻的特性。当把这种理论推广到更为复杂的系统时，经典控制理论就显得无能为力了，即便对这些极简单的对象、对象描述及控制任务，理论上也尚不完整，从而促使现代控制理论的发展――对经典理的精确化、数学化及理论化。
二.现代控制理论的五个分支
I.线性系统理论，性系统理论是现代控制理论的基础，也是现代控制理论中理论最完善、技术上较成熟，应用也是最广泛的部分。主要研究线性系统在输入作用下状态运动过程的规律和改变这些规律的可能性与措施；建立和揭示系统的结构性质、动态行为和性能之间的关系。线性系统理论主要包括系统的状态空间描述、能控性、能观测性和稳定性分析，状态反馈、状态观测器及补偿的理论和设计方法等内容。
II.最优控制理论，在给定约束条件和性能指标下，寻找使系统性能指标最佳的控制规律。主要方法有变分法、极大值原理、动态规划等。其中极大值原理是现代控制理论的核心（使系统的性能指标达到最优――最小或最大）。一般而言，最优化方式有离线静态优化方式和***动态优化方式，而最优化问题的求解方法大致可分为四类：解析法、数值解法（直接法）、解析与数值相结合的寻优方法、网络最优化方法。
优化方法的新进展包括：一，***优化方法，基于对象数学模型的离线优化方法。含局部参数最优化和整体最优化设计方法、预测控制中的滚动优化算法、稳态递阶控制、系统优化和参数估计的集成研究方法.。二，智能优化方法，含神经网络优化方法、遗传算法、模糊优化方法、模糊优化方法。
最优控制理论的应用领域十分广泛，如时间最短、能耗最小、线性二次型指标最优、跟踪问题、调节问题和伺服机构问题等。但它在理论上还有不完善的地方，其中两个重要的问题就是优化算法中的鲁棒性问题和最优化算法的简化和实用性问题。
III.自适应控制。在控制系统中，控制器能自动适应内外部参数、外部环境变化，自动调整控制作用，使系统达到一定意义下的最优。有模型参考自适应控制与自校正自适应控制之分。
自适应控制和常规的反馈控制和最优控制一样，也是一种基于数学模型的控制方法，所不同的只是自适应控制所依据的关于模型和扰动的先验知识比较少，需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息，使模型逐步完善。具体地说，可以依据对象的输入输出数据，不断地辨识模型参数，这个过程称为系统的***辩识。随着生产过程的不断进行，通过***辩识，模型会变得越来越准确，越来越接近于实际。既然模型在不断的改进，显然，基于这种模型综合出来的控制作用也将随之不断的改进。在这个意义下，控制系统具有一定的适应能力。比如说，当系统在设计阶段，由于对象特性的初始信息比较缺乏，系统在刚开始投入运行时可能性能不理想，但是只要经过一段时间的运行，通过***辩识和控制以后，控制系统逐渐适应，最终将自身调整到一个满意的工作状态。再比如某些控制对象，其特性可能在运行过程中要发生较大的变化，但通过***辩识和改变控制器参数，系统也能逐渐适应。
IV.系统辨识。根据系统的输入输出时间函数来确定描述系统行为的数学模型。通过辨识建立数学模型的目的是估计表征系统行为的重要参数，建立一个能模仿真实系统行为的模型，用当前可测量的系统的输入和输出预测系统输出的未来演变，以及设计控制器。对系统进行分析的主要问题是根据输入时间函数和系统的特性来确定输出信号。对系统进行控制的主要问题是根据系统的特性设计控制输入，使输出满足预先规定的要求。而系统辨识所研究的问题恰好是这些问题的逆问题。
V.最佳滤波理论，亦称为最佳估计理论。当系统受到环境或负载干扰时，其不确定性可以用概率和统计的方法进行描述和处理。也就是在系统数学模型已经建立的基础上，利用被噪声等污染的系统输入输出的量测数据，通过统计方法获得有用信号的最优估计。经典的维纳滤波理论阐述的是对平稳随机过程按均方意义的最佳滤波，而现代的卡尔曼滤波理论用状态空间法设计最佳滤波器。克服了前者的局限性，适用于非平稳过程并在很多领域中得到广泛应用，成为现代控制理论的基石。
三. 现代控制理论与经典控制理的差异
现代控制理论基于经典控制理论，两者之间存在的关联与差别的发展中，扩大了控制理论所能解决问题的范畴。根据自动控系统的目标――认识与改进控制系统来说，主要在研究对象、数学模型及基本方法、应用领域来讨论上，存在着不同之处。前两者在上述论述中，已有阐述。在应用领域上，现代控制理论是经典控制理的进步与补充，但由于现代控制理论的发展晚，而经典控制理论的趋于成熟，因此按作者的观点，两者在相应的领域仍有不可替代的作用。
参考文献：
[1] 郑应平.充满魅力的现代控制理论[J].自动化博览2003（5）
数控系统论文范文7
关键词非线性控制系统；渐近镇定；跟踪控制
中***分类号O2312 文献标识码A 文章编号10002537（2013）05002706
跟踪控制问题是目前控制理论界被学者们研究的热点问题之一. 关于线性系统的跟踪控制问题已经建立了比较完善的理论体系[13]. 而对于非线性系统， 跟踪控制器的设计是一个复杂的问题[49]， 它的理论仍在不断发展完善中， 特别是对于非线性时滞系统， 跟踪控制器就更难获得了. 在一个实际的控制系统中， 有两种跟踪控制器的设计方法， 一种输出跟踪， 处理的是系统的输出到参考输出的镇定问题[1011]； 另一种是状态跟踪， 处理的是系统的状态到期望状态的镇定问题， 特别是到一个平衡点的镇定问题[1213].
近年来， 控制理论界比较关注一类满足Lipschitz条件的非线性控制系统的分析与设计问题. 事实上， 主要的一类非线性系统就是满足这种Lipschitz条件的， 对于此类系统也提出了许多控制器的设计方法， 如文献[4，6]. 文献[4]讨论了一类满足Lipschitz条件的非线性系统， 并且提出了一个非线性的状态反馈控制器， 这种方法修正了传统的线性状态反馈控制器，修正的控制器保证了系统的渐近镇定性. 然而，在实际的工业生产过程和自然科学过程中，时滞现象的存在是不可避免的，即系统的性能不仅受当前状态的影响还受过去某一段时间或某一段时刻的状态的影响. 特别是电力系统、冶金工业过程、机械传输系统、网络控制系统及传染病模型、潜伏期现象、以及城市交通管理系统中，时滞现象的存在对系统造成的影响是不可忽略的. 所以在系统分析中考虑时间延迟对系统的影响是非常有必要的. 本文主要考虑一类具有时滞的非线性控制系统， 通过选取适当的LyapunovKrasovskii泛函，基于非线性状态反馈控制器， 得到了系统全局渐近镇定的新判据， 并且保证了输出和状态跟踪控制的误差全局渐近收敛于零.
注5这里所提出的基于线性矩阵不等式的跟踪控制方法相对于其他满足Lipschitz条件的非线性系统的控制方法在控制参数的计算上更加简单容易.
至此，在假设d=0的条件下，得到了系统（1）状态反馈镇定的充分条件. 下面我们将通过使得干扰d在误差e=r-y下的L2范数最小来解决跟踪控制的鲁棒镇定性问题.
假设1干扰d在L2范数下是有界的.
注6同上面的定理相类似，如果令系统（1）中的Aτ=0，则系统（1）便是文献[4]所研究的系统模型， 如果再令定理3中的Q=0，并且注意到定理3中的R相当于文献[4]中的Q，那么便得到了文献[4]所得到的结论. 因此， 本定理获得的结果推广了文献[4]的研究成果.
3仿真实例
下面给出一个具体的例子来验证上述定理的有效性.
该数值实例说明，定理1对于实际的非线性时滞系统的时滞无关全局渐近镇定及跟踪控制的判据是有效的.
4结论
本文研究了一类满足Lipschitz条件的非线性时滞系统的全局渐近镇定性及状态跟踪控制问题. 利用LyapunovKrasovskii泛函方法及矩阵理论， 以线性矩阵不等式的形式给出了使这类非线性时滞系统渐近镇定的充分条件，并给出了基于状态反馈控制器的构造方法. 给出了一个数值例子，用MATLAB中的LMI工具箱，得到反馈控制律，说明了本文所得方法的可行的.
参考文献：
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数控系统论文范文8
关键词：模糊控制 直流电机 MATLAB
中***分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0109-04
直流电动机具有起动转矩大、控制性能较优等特点，在几点产品中应用广泛[1，2]。目前直流电机多采用传统的PID控制，PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其具有算法简单、鲁棒性好和可靠性高等优点，被广泛应用于工业过程控制中[3]。但PID控制适合于可建立精确数学模型的确定性控制系统，但实际的工业过程控制系统中存在很多非线性或时变的不确定因素，使得PID控制器的参数整定过程十分繁琐，控制效果也往往因此而受影响。近些年来，随着现代控制理论、智能控制和计算机技术的飞速发展，出现了很多新型的控制系统，模糊控制就是其中之一[4，5]。模糊控制器不需要掌握控制对象的精确数学模型，而是根据人工控制规则组织控制决策表，再由控制规则表决定控制量的大小[6，7]。这种控制方法对于存在滞后或随机干扰、参数未知等系统具有良好的控制效果[8～10]。
本文将模糊控制应用到直流电动机调速系统中，并通过MATLAB仿真，对基于模糊PID和传统PID的控制系统作了对比分析研究。
1 控制系统模型
1.1 系统结构
基于模糊PID的直流电机双环控制系统结构如（***1）所示，主要由模糊控制器、电流PI控制器、驱动电路、直流电动机及转速、电流反馈装置构成。
1.2 直流电动机数学模型
2 模糊PID控制器设计
2.1 模糊控制
模糊理论早于20世纪60年代，美国加州大学的L.A.Zadeh教授就提出[4，5]。模糊控制作为目前最具实际意义的智能控制方法之一，以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础。
模糊控制的基本原理框***。它的核心部分为模糊控制器，如中点划线框中部分所示，模糊控制器的控制规律由计算机的程序实现。
实现一步模糊控制算法的过程描述如下：首先获取被控制量的精确值，将此量与给定值比较得到误差信号，一般选误差信号作为模糊控制器的一个输入量。把误差信号的精确量进行模糊化变成模糊量。误差的模糊量可用相应的模糊语言表示，得到误差的模糊语言集合的一个子集（一个模糊矢量），再由误差和模糊控制规则（模糊算子）根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量。
2.2 基于模糊控制的转速调节器设计
本文直流电机控制系统中，外环转速调节器采用模糊PID控制器，内环电流调节器依然采用传统PI控制器。
从理论上讲，模糊控制器的维数越高，控制越精密。但是维数越高，模糊控制规则变得过于复杂，控制算法的实现相当困难。这是目前人们广泛设计和应用二维模糊控制器的原因所在。
（1）确定输入与输出变量的模糊子集和论域及其隶属度。
（2）设计模糊推理关系，确定模糊控制规则，以明确模糊关系矩阵。
（3）模糊决策，确定输出量在其论域上的模糊矢量。
（4）模糊判决，即将控制量去模糊化，得到确定的输出变量，进而得到相应的控制表。
3 系统仿真与分析
为分析模糊控制器控制性能，本文针对直流电机控制系统，利用模糊控制技术设计转速调节器，电流调节器依然采用传统PI控制，用MATLAB/Simulink仿真工具进行了系统仿真。并和传统内外环均采用PID控制的系统指标进行了比较。
仿真用相关参数为：直流电动机额定电压220 V，额定电流8.7 A，额定转速1500 r/min，
Ce为0.132 Vmin/r，允许过载倍数1.6；晶闸管装置放大系数60；R为5.26欧，Tl为 0.021 s，Tm为0.16 s。
直流电机及其控制系统MATLAB/Simulink仿真模型如（***4）所示。
为分析模糊控制系统的性能，建立了直流电机PID控制系统仿真模型，从系统超调量、启动快速性、抗负载扰动能力及鲁棒性等几个方面进行了比较分析。
（1）系统超量、启动快速性及抗负载扰动能力分析。为分析系统抗扰动能力，在仿真过程中，5 s时，设定系统负载突然增加到额定负载的1.5倍。仿真结果如（***5、6）所示。
模糊控制系统输出几乎没有出现转速超调，而传统PID控制系统转速超调量约为26.7%。其次，传统PID控制系统启动快速性要好于模糊PID控制系统。另外，在***5中，在5秒时，由于负载变化，转速出现了明显波动，并伴随一个恢复过程；而模糊控制系统中，转速没有明显变化，说明模糊控制系统有更强的抗负载扰动能力。
（2）系统鲁棒性分析。鲁棒性分析主要模拟控制系统适应控制对象参数变化的能力。仿真过程中，设定9秒时将电枢回路电阻5.26欧改变为8欧，以模拟系统参数的变化。转速输出波形如（***7、8）所示。
可以看出传统PID转速输出波形在9 s后出现了变化，且后续出现发散现象，转速极不稳定，而模糊PID波形基本没有什么变化，说明其鲁棒性要优于传统的控制系统。
4 结论
本文搭建了基于模糊PID控制的直流电机控制系统，给出模糊PID控制器设计过程，并利用MATLAB/Simulink软件对模糊PID与传统PID控制系统进行了仿真和系统性能比较研究。从仿真结果可以看出，模糊PID控制系统具有超调量小、鲁棒性和抗负载扰动能力有较强的优点。由于模糊PID的设计比较简单，容易实现，控制效果也更出色，可在实际工程中进一步推广应用。
参考文献
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数控系统论文范文9
[关键词]控制工程；工程教育论证；课程融合；教学改革
1《控制工程基础》课程教学改革的必要性
《控制工程基础》是机械类专业必修的一门专业基础课程。它把控制论融入到机械工程领域，培养学生运用控制理论的基本原理来解决机械工程中实际问题的一门学科。该课程在整个专业课程中起到了一个承前启后的作用，是为日后学生成为工程测试人员必备的骨干课程。《控制工程基础》在介绍控制理论的基本原理和基本概念的同时，以机械系统、电网络系统为背景，阐明了控制理论在工程中的应用。《控制工程基础》作为一门机械类专业的技术基础课程在各理工科高校中广泛开设，为进一步提高工程教育质量，开展工程教育专业认证工作，把培养目标和毕业出口要求作为导向，专业课程体系设置、师资队伍配备、办学条件配置等都围绕学生毕业能力达成这一核心任务展开，并建立专业持续改进机制以保证专业教育质量和专业教育活力。
2教学改革的举措
2.1根据工程教育论证的评价体系修订课程的教学目标
本课程是学生毕业后从事机械工程控制必备的基础知识，对照工程教育论证的评价体系学生毕业时应该具备的知识、能力、素质，修订和完善本课程的教学目标如下：掌握控制理论的基本概念及有关基本术语和定义，理解机械控制工程研究的对象和研究方法，具备将控制工程基础理论知识应用于机械工程领域复杂工程问题的描述和解释的能力；掌握经典控制论的基本原理、基本方法，训练分析研究机械工程中有关信息的传递、反馈及控制的能力；培养一般控制系统的分析和设计能力，并具备通过文献查阅、分析或实验、实践等手段对不同系统方案的合理性与局限性作出客观比较与评价的能力；掌握常用的机电一体化的新技术和新方法，具备确定设计目标和任务的分析能力
2.2明确教学主线
教学过程中一定要抓住“建立控制系统的动态数学模型，分析其稳定性、准确性、快速性”这条教学主线，明确课程内容主要讲授的6个章节及其相互间的关联性，让学生把抽象复杂的联系起来形成以下共识：绪论是让学生对控制系统有一个整体认识；控制系统的数学模型建立，运用动力学、电学及专业知识，建立机械系统、电网络的微分方程、传递函数与系统方框***；时域分析是研究控制系统性能的一种方法，运用传递函数求解系统在某一信号作用下的输出响应，计算和分析其性能指标；频域分析是研究控制系统性能的另一种方法，令传递函数中的s=jω，则系统可在频率域内分析，绘制奈奎斯特***和Bode***，分析系统性能；稳定性分析是研究控制系统的首要条件，利用传递函数的系数、奈奎斯特***和Bode***都可判断系统稳定性；误差分析是研究控制系统的准确性，理清误差与偏差的关系，系统在各种信号作用下的稳态误差的分析与计算。
2.3优化教学内容
课程教学内容的优化紧密围绕本课程的教学目标和教学要求，要正确处理好学时少、内容多、基本要求不能降低的矛盾。在课程内容组织上循序渐进，逐步深化，突出讲解控制理论基本概念、系统数学建模、时域响应分析、频率特性分析、系统稳定性分析及系统误差分析等重点部分。教学中紧密联系工程生产实际，侧重讲解基本规律的理解、应用及其相互联系，减少一些定理和公式的详细推演，或把复杂抽象的公式及推理，换成简单易懂的案例表述，便于学生理解和接收，比如讲解劳斯判据是基于特征方程式的根和系数关系建立时，以方程x2+3x+2=0为例更易让学生理解。将MATLAB、Simulink应用于《控制工程基础》课程教学中，在教学穿插演示二阶系统的响应分析、系统的稳定性分析、奈奎斯特***、Bode***、SIMULINK仿真。
2.4与其他课程教学融合
在课程教学中，积极与机械专业其他任课老师沟通，寻求其他课程中与控制相关能扩展的内容，采用课程间的互相融合教学，实现课程之间的相关衔接。让学生拓宽思维，积极思考，把专业的各课程相互联系起来，形成实际工程的完整体系，提高综合应用能力。
2.5改革课程考核体系
考核方式采用平时成绩和课程考试相结合的形式对学生课程成绩进行综合评定。平时成绩占30%包括课程作业和小论文情况，课程作业考核学生对每节课知识点的复习、理解和掌握程度。小论文分析行业前沿发展，查阅文献资料、整理、分析比较，主题部分引用和评述代表性强、具有科学性和创造性的文献。考试占70%，题型主要以客观题、分析题、计算题、作***题、综合题为主。
3结语