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第1篇：數(shù)控仿真系統(tǒng)范文

1 前言

隨著我國機械制造業(yè)的不斷發(fā)展，數(shù)控技術得到廣泛應用，社會對數(shù)控技術型人才的需求也大大增加。我國各大中職學校相繼增設或擴展了數(shù)控專業(yè)，大量擴招數(shù)控專業(yè)學生，近年來為社會輸送了大批數(shù)控技術型人才。由于中職學校辦學實力不雄厚，數(shù)控設備、機床數(shù)量遠遠不能滿足學生參與學習實踐的需求，運用數(shù)控仿真系統(tǒng)能讓學生模擬真實數(shù)控機床的操作，學習數(shù)控技術，彌補學生在實際操作中的不足，因此，數(shù)控仿真系統(tǒng)在中職教學中的應用處于越來越顯著的地位。

2 數(shù)控仿真系統(tǒng)

數(shù)控仿真系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實的仿真軟件，具有能演示講解數(shù)控操作編程、模擬真實數(shù)控機床的操作、幫助數(shù)控技術人員學習數(shù)控技術知識、協(xié)助工程技術人員預測檢驗數(shù)控程序等功能，目前已被廣泛應用到各大院校的數(shù)控教學和機械制造企業(yè)中[1]。我國現(xiàn)今采用的數(shù)控仿真系統(tǒng)主要來自上海宇龍、廣州超軟、北京斐克等。

3 數(shù)控仿真系統(tǒng)在中職教學中的應用

中職學校一般比較注重對數(shù)控專業(yè)學生實用技能的培養(yǎng)，在數(shù)控教學中融入數(shù)控仿真系統(tǒng)，能有效提高學生對數(shù)控機床設備的操作水平，實現(xiàn)中職數(shù)控教學效果的顯著增強。

3.1 培養(yǎng)學生的學習興趣

數(shù)控專業(yè)涉及的加工、編程等方面的知識，都具有很強的理論性以及實踐性，數(shù)控課程的內(nèi)容往往比較抽象，不易理解。由于中職學校的大多數(shù)學生的起點較低，對知識的領會理解能力較差，學生在學習數(shù)控理論知識的過程中容易產(chǎn)生倦怠感，教師與學生面對面教學的傳統(tǒng)方法已經(jīng)很難達到良好的教學效果。數(shù)控仿真系統(tǒng)的網(wǎng)絡功能十分強大，教師通過多媒體教學廣播的形式，可以讓學生在電腦屏幕上清楚看到自己演示的教學內(nèi)容，并讓學生在電腦上進行同步模仿操作。通過數(shù)控仿真系統(tǒng)，教師還能時時關注學生的操作情況，方便教師及時發(fā)現(xiàn)學生操作的錯誤，對學生進行針對性的指導。這種交互性的理論教學方式大大提高了師生的互動性和學生的動手操作能力，有助于培養(yǎng)學生的學習興趣，保持學生學習的熱情。

3.2 幫助學生熟悉數(shù)控設備機床的基本操作

由于辦學資金、場地、數(shù)控機床種類多價格貴等多種因素的限制，目前大部分中職學校可供學生實際操作的機床的型號和數(shù)量非常有限，數(shù)控教學中，學生不能接觸多種型號的機床，實際機床操作的次數(shù)和時間也相對有限。數(shù)控仿真系統(tǒng)全面模擬了數(shù)控機床操作的環(huán)境，不僅操作面板與真實的數(shù)控機床完全一樣，操作的步驟也一致，數(shù)控機床工件的運動狀況以及刀具的加工情況等都可以通過數(shù)控仿真系統(tǒng)直觀地演示出來。學生可以通過數(shù)控仿真系統(tǒng)熟悉各種型號的數(shù)控機床對刀、工件裝夾、刀具安裝等一般操作。數(shù)控教學中，數(shù)控仿真系統(tǒng)還可以模擬演示不準確的數(shù)控程序和不規(guī)范的數(shù)控操作，幫助學生領會引發(fā)干涉和碰撞等狀況的原因，在機床實際操作次數(shù)少的情況下，幫助學生熟悉各種數(shù)控機床操作，拓寬學生的知識面。

3.3 輔助數(shù)控編程教學

數(shù)控仿真系統(tǒng)具有檢驗數(shù)控編程代碼是否正確，提示錯誤信息，并發(fā)出準確提示的功能。學生編寫數(shù)控程序代碼后，只要將程序代碼輸入數(shù)控仿真系統(tǒng)，數(shù)控仿真系統(tǒng)就會根據(jù)代碼進行虛擬的加工，并驗證學生編程程序的正確性，幫助學生找出編程程序的錯誤之處，并提示學生調(diào)試編程代碼，實現(xiàn)正確的仿真加工。學生還可以通過數(shù)控仿真系統(tǒng)，全方位地旋轉觀察，了解仿真加工的進展，讓學生在一定程度上加深對數(shù)控編程相關知識的了解，不僅能提高學生學習的效率，也減輕教師在數(shù)控編程教學方面的負擔。

3.4 實現(xiàn)數(shù)控教學的多元化

目前，在我國應用比較廣泛的數(shù)控系統(tǒng)有廣州數(shù)控、FANUC、三菱、SIEMENS、華中數(shù)控等數(shù)控系統(tǒng)[2]，但由于教學經(jīng)費等問題，大多數(shù)中職學校的數(shù)控教學只涉及2～3種數(shù)控系統(tǒng)，對于培養(yǎng)高素質的數(shù)控技能人才有很大的影響。數(shù)控仿真系統(tǒng)能模擬仿真各類數(shù)控系統(tǒng)的操作和編程，將數(shù)控仿真系統(tǒng)運用到數(shù)控教學中，能輔助增加其他數(shù)控系統(tǒng)的仿真操作，使中職數(shù)控教學多元化，有助于學生學習不同數(shù)控系統(tǒng)的操作和編程，全面提高學生對各類數(shù)控系統(tǒng)的操作能力。

3.5 增強學生對參數(shù)的認識

為了提高數(shù)控機床的使用率，保障學生在實際操作中的安全，在中職數(shù)控教學中，數(shù)控加工的參數(shù)主要由教師操作確定，學生在實訓中幾乎不懂得如何確定參數(shù)，對參數(shù)的合理性認識有待加強。數(shù)控仿真系統(tǒng)可以模擬真實的數(shù)控加工參數(shù)，學生可以通過數(shù)控仿真系統(tǒng)了解切削深度、進給率、削速度等多種切削參數(shù)，預測工件和刀具破損和變形情況，進而領會不同參數(shù)對數(shù)控加工質量的影響，學會優(yōu)化和調(diào)整切削參數(shù)，提高數(shù)控加工參數(shù)的認識[3]。

3.6 豐富教學評價內(nèi)容

數(shù)控仿真系統(tǒng)具有自動檢測學生的數(shù)控程序、指出數(shù)控程序錯誤原因以及三維測量等多項功能，學生可以通過數(shù)控仿真系統(tǒng)進行數(shù)控加工和編程的自我練習和自我測試，教師可以通過學生的操作記錄，對學生作出相關的教學評價，中職學校也可以從數(shù)控仿真系統(tǒng)中學生的操作記錄對教師的教學效果進行科學合理的評價[4]。數(shù)控仿真系統(tǒng)在中職數(shù)控教學的應用中，為中職學校的教學評價體系增加了一條新的標準，豐富了其教學評價內(nèi)容。

4 在中職數(shù)控教學中應用數(shù)控仿真系統(tǒng)應注意的問題

在中職數(shù)控教學中，數(shù)控仿真系統(tǒng)是一種有效的輔助教學工具。但中職學校也要認識到數(shù)控仿真系統(tǒng)的缺陷，明確數(shù)控仿真系統(tǒng)在中職數(shù)控教學中存在的問題，并采取相應措施，加大數(shù)控仿真系統(tǒng)在中職數(shù)控教學中的作用。

首先，數(shù)控仿真系統(tǒng)仍未完善，學生在進行模擬仿真數(shù)控操作時，數(shù)控仿真系統(tǒng)的某些指令有時會出現(xiàn)無法執(zhí)行的現(xiàn)象，致使學生對數(shù)控的相關理論知識產(chǎn)生疑惑，在一定程度上阻礙了學生對數(shù)控知識的深入理解和運用[5]。因此，在中職數(shù)控教學中，教師要科學合理地安排仿真操作和實際操作的時間，把仿真操作練習與實際操作練習交替進行。

其次，很多中職學校為了提高數(shù)控機床的使用率，延長數(shù)控機床的使用年限和維修成本，沒有根據(jù)教學計劃制定科學合理的數(shù)控操作課程安排，人為減少學生機床實訓的時間，過分依賴于數(shù)控仿真系統(tǒng)的操作練習。過多模擬仿真操作練習，容易造成學生對實際操作的忽視，不利于學生實際數(shù)控技能水平的提高。因此，教師要制定合理的教學安排，在引入數(shù)控仿真系統(tǒng)輔助學生學習之前，要先安排學生對數(shù)控加工、編程、機床操作課程的學習，使學生對數(shù)控知識有總體上的認識后，再引入數(shù)控仿真系統(tǒng)，從而有效幫助學生快速學會數(shù)控仿真系統(tǒng)使用的各個步驟和方法，提高學習效率。

5 結語

數(shù)控仿真系統(tǒng)能有效地促進中職學校的數(shù)控教學，幫助其解決機床設備不足，不能滿足學生實訓要求的難題。中職學校要好好利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控教學中的缺陷與不足，并積極改進，把數(shù)控仿真系統(tǒng)訓練和實訓操作緊密地結合在一起，推進對學生數(shù)控技能的培養(yǎng)，實現(xiàn)數(shù)控仿真系統(tǒng)在中職數(shù)控教學中的巨大作用。

參考文獻

[1]劉杰.淺淡中職數(shù)控教學[J].河南農(nóng)業(yè)，2010，31（06）：69-75.

[2]宣國強.數(shù)控教學之“五步法”[J].中國教育技術裝備，2010（5）：57-63.

[3]劉光定，潘愛民.論數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在數(shù)控教學中的作用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2010，18（1）：38-52.

[4]王麗哲，付海燕.淺談數(shù)控仿真軟件在教學中的應用[J].才智，2010，16（4）：103-117.

第2篇：數(shù)控仿真系統(tǒng)范文

【關鍵詞】數(shù)控加工；仿真系統(tǒng)；應用

隨著我圍經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國制造業(yè)裝備的自動化水平在不斷提高，數(shù)控機床的擁有量及在機床中所占的比重大幅度地增加。如何有效地發(fā)揮數(shù)控機床的使用效率、提高加工質量一直是人們追求的目標。在進行零件數(shù)控加工過程中，零件本身的可加工性和數(shù)控程序的質量是影響零件加工質量的關鍵因素。數(shù)控程序投人實際加工之前，都必須進行有效的檢驗。檢驗數(shù)控程序的方法主要有手工檢驗、試切檢驗、軌跡顯示和計算機仿真等。其中計算機仿真是近年來發(fā)展較快，也足最行之有效的方法。我們在綜合分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎，對數(shù)控加工仿真的若干關鍵技術進行了研究，以此為基礎建立了數(shù)控加工仿真系統(tǒng)并應用到教學中。學生利用此系統(tǒng)可以在計算機上模擬加工環(huán)境和數(shù)控加工的過程，完成NC程序的校驗，發(fā)現(xiàn)干涉（主要是刀具與工件之間）和過切現(xiàn)象，修改NC程序，通過實際參與，彌補課堂教學的不足。另外，此系統(tǒng)也可用予生產(chǎn)實際。減少加工失誤、返工，縮短研制周期，節(jié)約資金，提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率。

其優(yōu)點在于：（1）系統(tǒng)完全模擬真實機床的控制面板和屏幕顯現(xiàn)可輕松操作。（2）在虛擬環(huán)境下對代碼的切削狀態(tài)進行檢驗操作安全。（3）用戶可看到真實的三維加工仿真過程仔細檢查加工后的工件可以更迅速的掌握機床的操作過程，過程逼真。（4）采用虛擬機床替代真實機床進行培訓在降低費用的同時獲得更佳的培訓效果，使用更經(jīng)濟。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)具有FUNUC、SIEMENS等眾多數(shù)控系統(tǒng)功能，學生通過在電腦上操作該軟件，能在很短時間內(nèi)就能掌握數(shù)控車、銑及加工中心的操作。可手動編程和加工，教師通過網(wǎng)絡教學，監(jiān)看窗口滾動控制，可隨時獲得學生信息。在教學中還具有多媒體教學的特點。

首先，由于計算機輔助控制系統(tǒng)是以計算機為媒體開發(fā)的，所以它的通用性較強。在屏幕上能夠顯示和機床操作面板一模一樣的界面；以動態(tài)的模擬顯示代替機床實際運行并且還能夠提示操作信息，如編程錯誤信息和操作失誤機床碰撞報警信息等。使數(shù)控機床的編程操作易于課堂化教學，從而即節(jié)省了機床設備和實習消耗、又大大提高了教學效率。

其次，計算機輔助機床控制系統(tǒng)依據(jù)計算機強大的顯示功能和全中文的結構設計，并配以豐富多彩、自然友好界面顯示，使學生一進入本系統(tǒng)就被深深的吸引，從而能夠激發(fā)學生學習興趣和動力。模擬演示功能更為真實可靠，圖形大小、顏色、觀察視角以及刀具的形狀等都可由操作者自行設計以滿足不同監(jiān)控要求。當程序執(zhí)行時，程序段、坐標值、出錯信息以及工件與刀具的相對移動的切削過程同時顯示在同一窗口內(nèi)，使操作者能夠一目了然，隨時監(jiān)控機床運行的狀態(tài)體驗真實的加工過程。該系統(tǒng)具有機床規(guī)格大小設置，可定義刀具形狀、切削用量，如數(shù)控銑床上鉆頭、鏜刀、球頭刀、圓角刀，數(shù)控車床上的外圓刀、鏜刀、切刀、螺紋刀，可以實時監(jiān)控刀具加工軌跡及圖形縮放控制。機床外形也可顯示并具有關門保護、零件加工后的測量和保存視窗作業(yè)的功能。

數(shù)控加工仿真系統(tǒng)功能較為完善、適于教學的使用。其中語法診斷和模擬示教功能可以使學生進行人機交互式學習。即由學生輸入程序，在模擬運行過程中，系統(tǒng)能及時提供錯誤信息以及刀具相對移動軌跡的顯示以及最終加工的立體效果，再由學生經(jīng)過簡單判斷就能很容易的發(fā)現(xiàn)和修改程序的錯誤，從而避免教師直接面對學生的指責傷害學生的自尊，也大大減輕了教師批改學生程序作業(yè)時的繁重負擔。使教師能夠集中精力以幫助學生解決實際問題，保證了教學質量使教學效果得到顯著提高。

在操作方面，由于數(shù)控加工仿真系統(tǒng)采用了與數(shù)控機床操作系統(tǒng)相同的面板和按鍵功能，并且使用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在操作中即使出現(xiàn)人為的編程或操作失誤也不會危及機床和人身安全，反而學生還可以從中吸取大量的經(jīng)驗和教訓。所以說它是初學者理想的實驗、實踐工具，只要經(jīng)過短期的專門訓練，學生很快就能夠適應數(shù)控系統(tǒng)的實際操作方法，從而為以后的技能的進一步深造打下了堅實的基礎。由于我們注意到了它在這一方面具有的優(yōu)越特點，而且根據(jù)學校教學改革的要求，我們盡力把它運用到我校無斷層教學模式中。比如，我們在數(shù)控機床實操訓練之前開發(fā)了編程模擬操作課程，并且專門編著了《數(shù)控機床編程與模擬操作》，在內(nèi)容上突出了理論和實踐的關系，為我校填補了在這一方面的空白。至此，我們將理論與實踐有機的結合在一起邊講授邊練習，使講過的知識及時應用于實踐中，不但加深了學生對理論知識的理解而且在模擬操作的同時對數(shù)控機床的操作方法上也具備了相當水平的實踐基礎。在教學中邊教邊學、邊學邊做、在學中做、在做中學，學生的積極性被調(diào)動起來，老師也在繁鎖教學活中得到解放和學生一樣都感到非常輕松，大大提高了教學效果。學生的編程與操作能力也有了非常明顯的效果，在數(shù)控等級工考試中合格率達到，學生成績相當優(yōu)秀，得到相關老師及校領導一至好評。

隨著仿真軟件的較快發(fā)展，只有在教學當中合理、科學、有效、有選擇地利用仿真軟件才能使之為教學服務。我們不能把軟件仿真作為理想的、真實的模型來認識，而只能將其作為認識事物的中介與橋梁，在教學中必須與實踐操作相結合，才能發(fā)揮它的最佳教學效果。

參考文獻

[1] FUNUC數(shù)控車說明書

第3篇：數(shù)控仿真系統(tǒng)范文

高速高精度數(shù)控加工技術在數(shù)控加工行業(yè)占有非常重要的位置，然而機床擾動是影響加工精度的重要因素，滾珠絲杠進給傳動作為機床的重要組成部分直接影響著機床的工作特性。以滾珠絲杠進給傳動系統(tǒng)為研究對象，利用Solidworks、Ansys、Adams建立機床整機的剛柔耦合多體動力學模型，得到機床的動態(tài)特性曲線。通過與剛性體模型仿真結果作對比，驗證剛柔耦合建模方法的可行性，為機床構件的結構設計優(yōu)化提供依據(jù)。

關鍵詞：剛柔耦合；多體動力學；可行性

中圖分類號：

TB

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2013）10018603

0 引言

隨著計算機軟硬件技術的快速發(fā)展，以多領域建模與協(xié)同仿真技術為核心的虛擬樣機越來越受到人們的青睞，而多體系統(tǒng)尤其是剛柔耦合多體系統(tǒng)的建模與仿真是應用這項技術的前提和基礎。目前，多剛體系統(tǒng)建模理論已經(jīng)相當成熟，相反多柔體系統(tǒng)的建模成為一個研究熱點。多柔體系統(tǒng)動力學由于本身存在大范圍的剛體運動，又存在彈性變形運動，因此多柔體系統(tǒng)動力學與多剛體系統(tǒng)動力學分析方法及有限元分析方法有著密切關系。多剛體理論認為機構具有絕對的剛度，即使機械運動過程中結構件自身的變形也可以忽略。事實上，由于自身的材料屬性以及聯(lián)結方式的影響，往往具有一定的柔性。這樣就會影響到構件的動態(tài)特性，產(chǎn)生噪聲和振動等。因此柔性體會對整個系統(tǒng)的運動產(chǎn)生重要影響。

目前“旋轉電機+滾珠絲杠”的進給驅動方式在數(shù)控機床進給驅動系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。通過電動機驅動滾珠絲杠轉動，再通過絲杠螺母帶動工作臺實現(xiàn)直線進給。本文以數(shù)控成形磨齒機進給驅動為研究對象，如圖1是數(shù)控成形磨齒機X軸滾珠絲杠進給驅動的結構圖。由于滾珠絲杠是一種細長的低剛度元件，在工作時由于受到驅動力的作用會產(chǎn)生較大的軸向變形及扭轉變形，另外工作臺重量相對于絲杠也比較大，加減速過程中會產(chǎn)生較大的慣性力，這樣就會影響進給驅動系統(tǒng)的傳動精度。然而進給驅動系統(tǒng)是機床的重要組成部分，它的動態(tài)特性直接影響機床的加工精度。因此把滾珠絲杠作為柔性體，建立多柔體系統(tǒng)的模型，更貼近于實際。以提高仿真的精度。

1 柔性體動力學方程的建立

多柔體系統(tǒng)的運動描述方式采用相對坐標描述方法，如圖2所示

柔性體上任一點P，其位置向量是

r=r0+A（sp+up）

第4篇：數(shù)控仿真系統(tǒng)范文

關鍵詞： 數(shù)控仿真系統(tǒng)；數(shù)控機床編程與操作；理論及實踐；教學效果

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）05-0270-02

0 引言

目前在機械制造行業(yè)中越來越多的應用到了數(shù)控加工，自然對此類人才的需求也就與日俱增了。但因為數(shù)控設備的價格很昂貴，很難做到每個學生都有足夠的操作數(shù)控機床的時間，并且如果學生操作失誤，很容易造成數(shù)控設備的損壞，既占用了設備加工時間，又增大了風險。因此，如何增加學生的實踐操作機會，提高學生的實踐動手能力，培養(yǎng)出更多的相關專業(yè)人才，就成為擺在廣大職業(yè)院校的一道難題。各高職院校必須重視這一問題，探索出一套適合自己現(xiàn)狀的教學方法和教學模式。數(shù)控仿真系統(tǒng)的應用可以有效的解決學生缺乏實踐操作機會的問題，因為該系統(tǒng)可以通過進行數(shù)控加工全過程的演示，比如數(shù)控加工程序的編制、虛擬仿真數(shù)控機床的操作、工件加工和測量等，讓學生了解和掌握到數(shù)控機床的各項程序指令和基本操作方法，為今后的實際操作打下良好的基礎。

分析數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機床編程與操作實訓教學中的應用可以發(fā)現(xiàn)，它作為前期的輔助教學手段已經(jīng)成為了一種最安全有效的教學方法和教學途徑。

1 數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機床編程與操作實訓教學中的應用

1.1 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以提高教學效率、節(jié)約成本。數(shù)控設備價格昂貴，數(shù)量有限。數(shù)控仿真系統(tǒng)通過計算機大量配置終端，徹底解決了數(shù)控機床數(shù)量不足的難題。同時數(shù)控仿真系統(tǒng)不存在安全問題，若操作失誤，系統(tǒng)會及時報警，并不會出現(xiàn)安全事故。不僅鞏固了學生的操作能力，讓學生有更多的實踐學習機會，也在很大程度上節(jié)約了教學成本，是數(shù)控機床編程與操作實訓教學前期良好的輔助教學手段。

1.2 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以減少教師的工作量，提高教學質量。傳統(tǒng)教學中，數(shù)控程序批閱的工作量非常大而且繁瑣。應用數(shù)控仿真系統(tǒng)，學生程序出現(xiàn)小的失誤，數(shù)控仿真系統(tǒng)會及時報警，幫助學生改正編程過程中的錯誤。數(shù)控仿真系統(tǒng)自帶的考試功能能夠自動記錄學生操作過程的失誤，自動評分，極大的減少了教師工作量，提高教學質量。

1.3 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以提高學生的學習積極性。數(shù)控機床編程與操作實訓是理論和實踐相結合的課程，按照傳統(tǒng)的方法在課堂上講授編程指令，學生很難理解這些指令的內(nèi)涵以及與實際應用之間的關系，學生會感覺空洞、枯燥、提不起興趣，而利用數(shù)控仿真系統(tǒng)進行多媒體教學，直觀地向學生展示編程指令的實際加工應用，學生可以將所學的指令在數(shù)控仿真系統(tǒng)上進行模擬加工，發(fā)現(xiàn)編程過程中出現(xiàn)的錯誤，教師針對學生的錯誤及時進行講解，讓編程指令變得具體、形象，增強了學生的學習積極性。

1.4 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以增強學生動手操作能力。教師把數(shù)控機床操作的課程安排在實訓車間來講授，其一受數(shù)控機床數(shù)量的限制，學生自己動手操作的時間不足；其二學生操作一旦出現(xiàn)失誤，輕則造成刀具或者機床的損壞，重則造成安全事故的發(fā)生。因此在進行數(shù)控機床實際操作之前，應先利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，增強學生的動手操作能力。數(shù)控仿真系統(tǒng)采用的操作面板和按鍵功能與實際的數(shù)控機床完全相同，學生可以在數(shù)控仿真系統(tǒng)上自己動手操作機床來加深理解。即使操作過程中有失誤的地方，仿真系統(tǒng)也只是及時出現(xiàn)報警提示，而不會造成安全事故的發(fā)生，這樣學生就可以放心大膽地進行各種操作練習，從而增強了學生的動手操作能力。經(jīng)過了大量的數(shù)控仿真系統(tǒng)的操作練習，再到數(shù)控機床進行實際操作，就會避免安全事故的發(fā)生。

1.5 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。學生在學習數(shù)控編程時，如果不利用數(shù)控仿真系統(tǒng)進行驗證，很難發(fā)現(xiàn)編程過程中出現(xiàn)的小的失誤。利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，即使再小的錯誤，如數(shù)字0輸成字母O，坐標值掉了小數(shù)點，字母Z輸成數(shù)字2等等，數(shù)控系統(tǒng)都會及時報警，程序無法運行。因此要在數(shù)控仿真系統(tǒng)上正確的運行程序，必須保證輸入的程序是正確無誤，這就培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。數(shù)控程序沒有60分、90分，只有0分和100分。

1.6 利用數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡教學和遠程培訓。隨著社會對技能人才的大量需求，職業(yè)院校還應擔負起社會勞動力的培訓任務，利用數(shù)控仿真系統(tǒng)和網(wǎng)絡搭建的平臺，進行遠程教育將成為一種新的教育教學模式，它打破了地域和時間的限制，擴大培訓人員的數(shù)量，縮短了培訓的周期。

2 數(shù)控仿真系統(tǒng)應用中的注意事項

2.1 數(shù)控仿真系統(tǒng)只能檢查程序的對錯，無法檢查程序的好壞。數(shù)控仿真系統(tǒng)對數(shù)控程序編寫技巧、加工工藝安排無法檢查。教師應在課堂上重點講解這些問題，學生應結合所掌握的加工方法，進行加工工藝安排，然后在數(shù)控仿真系統(tǒng)上進行模擬練習。

2.2 數(shù)控仿真系統(tǒng)只能完成加工過程，不能檢查加工質量。數(shù)控仿真系統(tǒng)在切削速度、進給量、吃刀量等對加工質量的影響無法體現(xiàn)，實際加工中的刀具磨損在數(shù)控仿真系統(tǒng)里也不存在。在數(shù)控仿真系統(tǒng)里，只要程序是正確的，加工完成后的尺寸就是絲毫不差的。但是在實際操作中，刀具磨損、各種加工參數(shù)的設置都會影響最終的加工結果。數(shù)控仿真系統(tǒng)的使用，會在一定程度上讓學生放松對產(chǎn)品質量和生產(chǎn)安全的認識。因此數(shù)控仿真系統(tǒng)只能用于數(shù)控機床編程與操作實訓教學前期輔助教學，不能完全拋開實際機床的實習內(nèi)容，后期還要安排適當?shù)膶嵙晻r間，通過實際操作來糾正以上不足。

綜上所述，數(shù)控仿真系統(tǒng)盡管畢竟和實際機床還是有很多區(qū)別，無法真正替代實際機床，但是數(shù)控仿真系統(tǒng)減少了資金投入，充分利用有限資源，提高了學生的學習興趣，調(diào)動了學生的學習積極性，減輕了老師的工作量，對于學生動手操作機床的能力培養(yǎng)，也起到了提高和增強的

作用。

參考文獻：

[1]吳長有.數(shù)控仿真應用軟件實訓[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

第5篇：數(shù)控仿真系統(tǒng)范文

關鍵詞：仿真系統(tǒng)；數(shù)控機床操作；維修技巧

【中圖分類號】G718.1

【文獻標識碼】C

【文章編號】1671-8437(2012)01-0024-01

隨著學校數(shù)控操作者的大量培訓，在傳統(tǒng)的操作培訓中，數(shù)控編程和操作的培訓必須在實際機床上進行，這樣既增加了教師的教學時間又降低了設備利用率，且使得設備維修率提高。培訓中的失誤操作經(jīng)常會導致昂貴設備的損壞，特別是對刀臺及夾頭和車床主軸軸承的損壞，這就給我們老師提出了一個問題：如何將教學與實際安全操作合理集合。

在計算機應用技術高速發(fā)展的今天，產(chǎn)生了可以模擬實際設備加工環(huán)境和工作狀態(tài)的計算機仿真數(shù)控操作系統(tǒng)。這樣用計算機仿真系統(tǒng)來對學生進行培訓，不僅可以迅速提高學生的操作技巧，而且安全，可靠，實用性強。就目前各校的教學硬軟件是完全可以進行的。關鍵在于對教師進行實習實作和機床維護的培訓。

目前職業(yè)技術學校已將計算機仿真用于數(shù)控操作人才培訓的教學之中，也使用了各種先進的仿真教學軟件系統(tǒng)如：西門子，法蘭克，三菱，華中，廣數(shù)，廣泰等。這些教學軟件系統(tǒng)既能單機系統(tǒng)獨立運行，也能在線運行，其培訓設施只需有數(shù)臺計算機加一臺主控機，數(shù)控機床的模擬操作在計算機顯示屏顯示的仿真面板上進行，而零件切削過程由機床模型三維動畫來進行演示，用這種方式進行初步培訓是特別經(jīng)濟有效的；學會后再在線運行連接到實際機床上，由硬件來實現(xiàn)零件的切削過程，這時除了操作者是用仿真面板操作，外，其它則與實際機床的真實情況一樣，簡單來講就是利用計算機和其他的專用硬軟件去產(chǎn)生一種真實場景的仿真操作效果，學生可以通過與仿真場景的交流來體驗接近于真實場景的感覺。因此能進一步培訓學生的實際操作技能，又能有效學習安全操作技巧，為下一步上機床實戰(zhàn)打下堅實基礎。

數(shù)控仿真系統(tǒng)的核心是虛擬數(shù)控機床，而虛擬數(shù)控機床又是虛擬制造技術中的一個執(zhí)行單元，如前面提到的西門子，法蘭克，三菱等系統(tǒng)，在數(shù)控加工操作過程中為產(chǎn)品設計提供了可制造性的分析，同時在數(shù)控系統(tǒng)的學習和培訓中，為各學校提供了完善的學習和培訓。該類系統(tǒng)完全模擬真實零件的切削過程，能檢驗指令正確與否，為數(shù)控教學提供了一套功能齊全的編輯，調(diào)試，修改和跟蹤執(zhí)行的功能。

一、虛擬數(shù)控系統(tǒng)

虛擬數(shù)控機床實質上是虛擬的數(shù)控機床模型。與真實機床相比虛擬數(shù)控機床具有以下功能：

①虛擬數(shù)控機床具有與真實機床完全相同的結構。虛擬數(shù)控機床能模仿真實機床的任何功能，同時不會因為采用某些近似替代而致使其功能的失真或數(shù)據(jù)的丟失。并且與實際機床有完全相同的界面特色，為學生的學習和培訓提供保證。

②虛擬數(shù)控機床這一軟件系統(tǒng)可以利用計算機連網(wǎng)進行教學，實現(xiàn)一堂課。一個教師，數(shù)名學生，數(shù)臺數(shù)控機床，同步教學的目的。

③具有完善的圖形和標準數(shù)據(jù)接口，用戶既能在真實的環(huán)境中運行虛擬機床，又能觀察它的各種運行參數(shù)和運行軌跡，并能與其他CAD／CAM軟件進行對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

④在虛擬機車運行過程中通過觀察運行軌跡來檢測其所編程序，及時進行修改，這既不會產(chǎn)生事故又為學生提供了大量練習的機會。

二、重要平臺的構建認識

虛擬數(shù)控機床是怎樣實現(xiàn)這些功能的呢?在通常情況下都是是通過以下平臺來實現(xiàn)：

①NC解釋平臺。NC解釋平臺包括NC解釋器和NC驗證器。任務分配數(shù)據(jù)庫從任務調(diào)度中接受數(shù)控代碼并將其翻譯為虛擬機床的部件、刀具等運動的信息，并將其通過計算模塊來模擬機床的響應。NC解釋器能夠被自由地配置從而能夠模擬任何一種數(shù)控機床的CNC控制器。

②NC驗正器。能夠驗證NC代碼的語法正確性，從而對模擬操作進行判斷。

③刀具庫。刀具庫應包括一臺數(shù)控機床所需的刀具(刀臺和刀庫)，并能自由配置刀具庫中的刀號，滿足模擬加工的換刀要求。

④仿真平臺。仿真平臺包括切削力軌跡仿真，刀具仿真，加工精度仿真，三維動畫仿真，加工工時統(tǒng)計分析等。操作者可以在虛擬的環(huán)境中進行機床運行和切削過程的仿真，從中得到加工數(shù)據(jù)，如進給量，主軸轉速，加工時間，換刀情況等。通過加工過程的仿真，了解設計工件的加工性能，為下一步上機床操作提供理論編程依據(jù)。

⑤操作運行和監(jiān)控平臺。在虛擬環(huán)境中完全實現(xiàn)了真實機床的操作，讓學生感受到真實機床的運行特征。并且可以進行典型零件的模擬加工，讓學生有一種身臨其盡的感覺。尤其是在數(shù)控教學和培訓過程中，初學數(shù)控編程的學生需要大量的模擬操作練習。如果直接上機床進行切削加工這顯然增加了教學難度，但我們利用仿真技術，這些問題就可以輕松得到解決，從而就可以避免編程的時候出現(xiàn)工藝上的錯誤導致的工件報廢和機床損壞。

三、維修技巧的掌握

①數(shù)據(jù)接口要加防塵罩保持干凈，無松動對于接口線不得經(jīng)常撥拉，如有異常可用專用工具進行修復。

②當發(fā)現(xiàn)配電柜里有異常聲音需立刻停車。從繼電器開始檢查，主要是繼電器的觸頭容易損壞，發(fā)現(xiàn)便更換即可。

⑧主軸軸承。在工作一段時間后要調(diào)整間隙(0.002______0.005)之間為易。拖板間隙一樣調(diào)整適度掌握間隙。

④在電腦里的數(shù)據(jù)參數(shù)先備份，發(fā)現(xiàn)參數(shù)有問題可以先初始化再操作，如果還不行便修改參數(shù)恢復原數(shù)據(jù)。

四、總結

第6篇：數(shù)控仿真系統(tǒng)范文

【關鍵詞】數(shù)控維修 數(shù)控系統(tǒng) 故障診斷 檢測

一、數(shù)控維修探討的必要性

隨著電子技術和自動化技術的發(fā)展，數(shù)控技術的應用越來越廣泛。以微處理器為基礎，以大規(guī)模集成電路為標志的數(shù)控設備，已在我國批量生產(chǎn)、大量引進和推廣應用，它們給機械制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，并帶來很大的效益，逐漸成為主流的工具機床。但同時，由于它們的先進性、復雜性和智能化高的特點，在維修理論、技術和手段上都發(fā)生了飛躍的變化。從而使數(shù)控維修技術成為一門新新的專業(yè)學科，它不僅是保障設備正常運行的前提，對數(shù)控技術的發(fā)展和完善也起到了巨大的推動作用。所以，掌握和熟練運用數(shù)控維修技術和維修要點是非常必要的。

下面從現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的基本構成入手，以華中數(shù)控HNC―21T為基礎，探討數(shù)控系統(tǒng)的診斷與維修方法。

二、維修前的準備

任何數(shù)控系統(tǒng)，不管是國內(nèi)還是國外的，數(shù)控的組成部分大致一樣。作為維修人員必須掌握這種數(shù)控設備的主要部分及其工作原理，各個組成部件的相互關系及位置；了解數(shù)控設備在加工過程的工作狀況和加工零件的工藝要求；隨時做好日檢、月檢和歷史維修記錄；加強對數(shù)控設備的巡檢，為數(shù)控更有目的性、更有效率維修做好準備。

三、數(shù)控維修方法的探討

（一）直觀法

直觀法是數(shù)控維修中最基本、常用的、也是首先使用的維修方法。根據(jù)操作人員故障敘述（在沒有設備進一步損壞、操作安全的情況下，演示故障），利用人的手、眼、耳、鼻等感覺器官來尋找故障原因。同時根據(jù)“先外后內(nèi)”的維修原則要求我們維修人員在遇到故障時應先采用看、聞、嗅、摸等方法，由外向內(nèi)逐一進行檢查。

（1）看，就是用肉眼看仔細檢查機床整體外觀有無撞擊、接口線有無脫落、剪斷？有無保險絲燒斷、元器件燒焦、煙熏、開裂現(xiàn)象，有無異物斷路現(xiàn)象，以此判斷板內(nèi)有無過流、過壓、短路等問題。看拖板？

（2）聽，利用人體的聽覺功能可查詢到數(shù)控機床因故障而產(chǎn)生的各種異常聲響的聲源，如電氣部分常見的異常聲響、變速箱的異常聲響等。

（3）觸，當CNC系統(tǒng)出現(xiàn)時有時無的故障時，宜采用此方法。CNC系統(tǒng)是由多塊線路板組成的，板上有許多焊點，板與板之間或模塊與模塊之間又通過插件或電纜相連。所以，任何一處的虛焊或接觸不良，就會成為產(chǎn)生故障的主要原因。

（4）嗅，在電氣設備診斷或各種易揮發(fā)物體的器件采用此方法效果較好。如一些燒烤的煙氣、焦糊味等異味。

采用直觀法可迅速找到故障原因，而采用其它方法要化費不少時間，甚至一時解決不了。但同時也要求維修人員具有豐富的維修經(jīng)驗，要有多學科的較寬知識面和綜合判斷能力。

（二）系統(tǒng)自診斷法

充分利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能，根據(jù)CRT上顯示的報警信息及各模塊上的發(fā)光二極管等器件的指示，可判斷出故障的大致原因。進一步利用系統(tǒng)的自診斷功能，還能顯示系統(tǒng)與各部分之間的接口信號狀態(tài)，找出故障的大致部位，它是故障診斷過程中最常用、有效的方法之一。例如華中HNC-21T數(shù)控車床加工過程中在CRT上發(fā)生出錯報警，通過調(diào)用自診斷畫面顯示X超程，但此拖板并沒有超程。從此出發(fā)找其故障方向原因：原來由于加工人員沒有及時清理鐵屑，堵塞壓住行程開關所致，通過診斷方向，很容易地排除故障。同時注意，數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)一故障現(xiàn)象引起原因多種多樣，自診斷系統(tǒng)只給我們維修提供維修的方向，并不完全可信。必須結合實際處理實際故障原因。

（三）程序測試法

功能程序測試法是將所修數(shù)控系統(tǒng)的G、M、S、T、F功能的全部使用指令編成一個試驗程序，并穿成紙帶或存儲在硬盤、電子盤、軟盤上。在故障診斷時運行這個程序，可快速判定哪個功能不良或喪失。功能程序測試法常應用于以下場合：

（1）機床加工造成廢品而一時無法確定是編程，操作不當、還是數(shù)控系統(tǒng)故障時；

（2）數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)隨機性故障，一時難以區(qū)別是外來干擾，還是系統(tǒng)穩(wěn)定性不好。如不能可靠地執(zhí)行各加工指令，可連續(xù)循環(huán)執(zhí)行功能測試程序來診斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

（3）閑置時間較長的數(shù)控機床在投入使用時或對數(shù)控機床進行定期檢修時。

（四）交換法

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大都采用模塊化設計，按功能不同劃分為不同的模塊，隨著現(xiàn)代數(shù)控技術的發(fā)展，電路的繼承規(guī)模越來越大，技術也越來越復雜，按照常規(guī)的方法，很難把故障定位在一個很小的區(qū)域，而一旦系統(tǒng)發(fā)生故障利用此方法可縮短停機時間，快速找到故障板。將具有相同功能的兩塊板互相交換（一塊好的，一塊被懷疑是壞的），觀察故障現(xiàn)象是否隨之轉移，還是故障依舊來判斷被懷疑板。這些板是指印刷線路板、模塊、集成電路芯片或元器件。若沒有備用電路板或組件，可把故障區(qū)與無故障區(qū)的相同的電路板或組件互相交換，然后觀察故障排除及轉移情況，也可得到確診。

（五）原理分析法

第7篇：數(shù)控仿真系統(tǒng)范文

[關鍵詞]控制系統(tǒng)數(shù)字仿真 網(wǎng)絡課程 建設實踐

[中圖法分類號]G642.0 [文獻標識碼]A

《控制系統(tǒng)數(shù)字仿真》是一門講授仿真的基本原理、算法，并以計算機仿真技術為基本工具，對控制系統(tǒng)及工程中的實際問題進行設計和仿真的課程，是自動化、電氣及信息類專業(yè)課程體系中重要的專業(yè)課[1]。通過MATLAB等仿真工具對于經(jīng)典或現(xiàn)代控制理論下控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，體現(xiàn)從控制理論到實踐應用的實現(xiàn)過程，使學生充分掌握控制理論和仿真手段，著力培養(yǎng)學生分析控制系統(tǒng)和解決控制問題的能力[2]。

目前，在實際教學中，該課程通常安排為30學時左右，其中理論教學一般約為22學時，實踐教學占8學時左右。從目前的情況看，仍存在以下問題[3，4]：

一、理論學習與實踐環(huán)節(jié)缺乏銜接。

現(xiàn)有的課程內(nèi)容以課堂講授為主，更適合于純數(shù)學理論如數(shù)值積分方法的學習，不適合于Matlab的實現(xiàn)，基于Matlab的控制系統(tǒng)分析與設計等實踐性較強的內(nèi)容。而實驗講授一般滯后理論學習，導致理論與實踐的脫節(jié)，不利于學生深入理解所學知識。

二、實踐性環(huán)節(jié)較少，缺乏綜合性、針對性

原課程實驗多為驗證性實驗，內(nèi)容上缺少前后連貫性以及從建模到控制的綜合性內(nèi)容。還缺乏與工程實踐相關的針對性實驗內(nèi)容。不利于學生正確認識實際工程和理論知識的綜合應用能力的提高。

三、不能及時反映前沿，缺乏創(chuàng)新性。

目前課程中的仿真技術業(yè)已成熟，但難以體現(xiàn)更復雜、先進仿真功能的軟件和最新仿真方法，影響學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓練。

由此可見，傳統(tǒng)的授課模式使師生間缺乏有效的交流互動。因此如何激發(fā)學生學習熱情，增強自主學習意識，進一步培養(yǎng)其自我分析、解決問題的能力，成為當前亟待解決的問題。與此同時，以Internet推動的網(wǎng)絡課程是另一新興趨勢，其包括：按一定的教學目標、教學策略組織起來的教學內(nèi)容和網(wǎng)絡教學支撐環(huán)境[5]。但目前在其建設中仍存在以下問題：

在設計開發(fā)方面，首先，現(xiàn)有平臺的交互性較差、更新較慢且缺乏協(xié)作學習。靜態(tài)網(wǎng)頁技術導致學習中缺少交互，不能在線提問，問題和觀點不能及時提出，得到幫助和反饋;無法及時協(xié)商和對話。其次，缺乏便捷導航，熟悉總體架構需要大量時間，不適于自主學習。

在教學應用方面，有效資源不足，且利用率較低。網(wǎng)絡內(nèi)容僅是課堂內(nèi)容的網(wǎng)絡化，瀏覽模式呆板，內(nèi)容安排無序，甚至導航混亂。評價和反饋機制缺失。此外，在網(wǎng)站的維護管理方面，存在著重開發(fā)、輕維護，后期管理不到位。不能隨著課程改革、教學計劃及時更新和維護。甚至易于感染病毒，嚴重危害信息安全。

上述問題，使得《控制系統(tǒng)數(shù)字仿真》課程難以充分發(fā)揮效用，故本文從教學設計的三個方面：教學目標分析、學習內(nèi)容特征分析、學習任務設計三個角度對該課程進行了新的研究和探索。

1.教學目標分析

在按照重整體、輕細化來實現(xiàn)具體的教學目標，充分考慮學習者主體，確定了優(yōu)化后的課程教學目標：

①了解仿真與數(shù)字仿真的概念，并熟練掌握數(shù)字仿真平臺Matlab的基本操作方法;

②熟練掌握基本控制系統(tǒng)數(shù)學模型，如傳遞函數(shù)、零極點模型、狀態(tài)方程模型等;

③了解控制系統(tǒng)的結構及其拓撲描述，熟悉和掌握其主要數(shù)值積分法，如歐拉法、梯形法和四階龍格―庫塔法等;

④熟悉Simulink動態(tài)仿真集成環(huán)境，并掌握控制系統(tǒng)的時域（含基于狀態(tài)空間的）和頻域計算機輔助分析方法，從而對一般的控制系統(tǒng)具有綜合設計和仿真的能力。

2.學習者與學習內(nèi)容特征分析

針對使用對象為大三學生，已先修過《自動控制原理》等課程，在教學設計中通過設計適合學生個性的情景問題、增加學生自主學習資源庫，如重點難點、經(jīng)典例題等、增加課程學習的總體進度和單元進度，包括學習目標、建議、進度、重點難點等，來強化知識點間的聯(lián)系與區(qū)別，刺激學習興趣，實現(xiàn)自主學習。并根據(jù)不同知識類型，將學習內(nèi)容嵌入不同學習情境要素中，如陳述性知識可以通過學習資源的方式提供，而策略性的知識，則可通過設計自主學習活動來體現(xiàn)并展開。所優(yōu)化后的教學內(nèi)容如下：

第1章：仿真軟件matlab;

第2章：數(shù)學模型及轉換;

第3章：連續(xù)系統(tǒng)數(shù)字仿真;

第4章：動態(tài)仿真集成環(huán)境―Simulink;

第5章：控制系統(tǒng)的計算機輔助分析及設計。

3.學習任務設計

（1） 超鏈接知識單元網(wǎng)絡

如圖1所示，將學習任務以知識點形式展開、超文本方式組織，最終形成了樹狀知識單元超鏈接網(wǎng)狀體系。

（2）確保教學資源的系統(tǒng)性、便捷性與安全性

在便利性上，針對反饋信息，對學生因材施教，講授重點，收集和整理適宜學習的網(wǎng)絡素材，如PPT課件，WORD文檔，VC，c++及matlab源程序，F(xiàn)LASH 動畫演示等。安全性方面，避免使用來歷不明的軟件和文檔;定期查殺病毒，更新病毒庫;盡量使用綠色軟件;重要的資源及時備份;為不同類型用戶設置不同用戶操作類型和訪問權限，設定訪問的最大用戶數(shù)量、上傳/下載速率及用戶線程數(shù)。

圖1：控制系統(tǒng)仿真課程的超鏈接知識單元網(wǎng)絡

（3） 添加最新資源，反映學科進展

采取的措施包括：結合現(xiàn)有仿真新技術，更新和完善已有內(nèi)容;實時跟蹤、了解前沿仿真技術：不同版本MATLAB仿真軟件，新增仿真工具箱，先進控制方法的仿真結構框架等。并利用教學團隊成員充分調(diào)研、探討與改進新的教學內(nèi)容;與實驗教師充分溝通，在實驗教材中突出與當前新技術的結合點。

四、結語

通過以上教學目標分析、學習內(nèi)容特征分析、學習任務設計等手段的綜合運用，必會促進該課程的進一步發(fā)展，引領教學內(nèi)容和教學方法改革，提高該網(wǎng)絡課程的建設質量和實施效果，從而加快教學信息化和網(wǎng)絡化的進程。

[參考文獻]

[1]張曉華.控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

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[3]潘峰，薛定宇，陳大力，MATLAB語言課程在電氣信息類專業(yè)教學中的應用[J]，電氣電子教學學報，2009（31）：57-59.

[4]戴先中，自動化學科的知識結構與知識體系淺析[J].中國大學教育，2005（2）：19-21.

第8篇：數(shù)控仿真系統(tǒng)范文

【關鍵詞】VC++；Matlab；混合編程；現(xiàn)代控制理論

一、引言

現(xiàn)代控制理論是建立在狀態(tài)空間基礎上的一種控制理論，是自動控制理論的一個主要組成部分。在現(xiàn)代控制理論中，包括線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)，單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)，它們在建模之后都表達為矩陣形式，因此通過計算機進行控制系統(tǒng)的仿真，實質就是利用計算機來進行矩陣運算。小型控制系統(tǒng)進行仿真時，所涉及的控制算法以及矩陣運算量都是有限的，因此對仿真的效能要求較低。而當需要進行復雜系統(tǒng)的仿真試驗時，不僅編寫相應的控制算法消耗大量的人力，較低的程序執(zhí)行效率也將消耗大量的計算機運算能力，因此選取和使用快捷高效的仿真開發(fā)方法顯得尤其必要。

Matlab是一種應用廣泛的數(shù)學類科技應用軟件，在數(shù)值運算尤其是矩陣運算方面有著非常好的表現(xiàn)，用戶不需要深刻了解算法及編程技巧，只需掌握了入門的數(shù)學知識和程序設計能力就可以利用其進行復雜的科學計算，如今已經(jīng)成為學界理論分析和實驗研究所必須掌握的軟件工具之一。但限于其本身是一種解釋方式運行的高級計算機語言，在進行重復計算工作時執(zhí)行效率較低，且運算過程不能脫離計算機環(huán)境進行。VC++是微軟公司推出的開發(fā)環(huán)境Visual Studio中的一個組成部分，用戶可以利用其進行快速的Windows應用程序開發(fā)，設計出圖形界面豐富的功能軟件，但是在編寫矩陣運算時缺少專業(yè)的數(shù)據(jù)類型變量，當編寫復雜的算法時不免要消耗大量的編程時間[1][2]。

比較兩者的優(yōu)缺點后不難發(fā)現(xiàn)，Matlab易于使用但是在仿真時程序運行效率低[3]，實時性較差，使用條件有限，VC++不便于直接進行矩陣計算但是代碼運行效率高，實時性較好，應用范圍廣，也就是說，如果通過混合編程能讓兩者的優(yōu)勢互補，在工作中將大大減少在算法編程方面的工作量，并且能夠改善仿真程序代碼的運行效率以及實時性，為科研工作和工程開發(fā)提供更強大的技術支持。

二、混合編程方法簡介

目前VC++與Matlab相結合的混合編程主要有以下幾種方法[4]：

1.在VC++中調(diào)用Matlab引擎（Engine）

這種處理方法不要求鏈接整個Matlab，只需嵌入必要的Matlab引擎庫，節(jié)省了大量的系統(tǒng)資源，使應用程序整體性能更好，處理效率更高，但這種混合編程的方法需要Matlab在后臺適時運行不能脫離Matlab環(huán)境，嚴重影響了程序的通用性，因此這種方法在實際開發(fā)過程中很少采用。

2.Matlab調(diào)用由C/C++編寫編譯為mex文件的函數(shù)

這種方法是對Matlab函數(shù)庫和一種補充，用戶可以自已編寫一些高效或者具有特定功能的函數(shù)，利用編譯器把它們編譯為mex文件，供Matlab調(diào)用，相當于添加自定義的Matlab函數(shù)。

3.在VC++中調(diào)用Matlab生成的動態(tài)鏈接庫

這種方法通過指定的編譯器，把由Matlab編寫的m函數(shù)文件編譯成動態(tài)鏈接庫文件（dll）。只需在程序開發(fā)和中包含其生成的動態(tài)庫，就可以在VC++程序中調(diào)用封裝好的Matlab函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)值算法的運用。這種方法可以使程序脫離Matlab運行環(huán)境，減少文件外部存儲空間的占有量，并實現(xiàn)了代碼共享。

4.使用COM組件對象模型技術實現(xiàn)混合編程

COM技術是一種應用廣泛、方便靈活的方法，是利用Matlab提供的Deploy Tool工具實現(xiàn)Matlab與C/C++的混合編程。COM給軟件開發(fā)人員提供了一種共享二進制代碼的方法，但是由于缺乏可視化界面，其應用范圍受到一定限制。

三、混合編程實例與驗證

從實際應用角度考慮，前兩種編程方法雖然簡便，但適用范圍狹窄，第四種方法適用性好于前兩種方法，但需要用戶掌握較高的程序設計水平，不便于科研人員使用。本文選用第三種方法進行編程，并以控制工程中經(jīng)典的單級倒立擺系統(tǒng)的LQR線性二次型調(diào)節(jié)器的設計為例，描述這一方法的實現(xiàn)過程，驗證其在控制系統(tǒng)仿真中能夠帶來的優(yōu)勢之處。

本文所采用的軟件版本是Visual Studio 2008和Matlab R2010a。

1.混合編程步驟

（1）Matlab編譯環(huán)境的設置

控制算法從Matlab到VC++的代碼轉制要通過編譯器來進行，所以首先要設置Matlab的編譯環(huán)境。啟動Matlab R2010a，在命令窗口中輸入命令mbuild-setup，根據(jù)出現(xiàn)的提示選擇合適的編譯器，本文所使用的是Microsoft Visual C++ 2008。

（2）編寫包含函數(shù)算法的m文件并且進行編譯

本例中m文件實現(xiàn)了單級倒立擺系統(tǒng)矩陣和LQR控制反饋增益矩陣的函數(shù)function[K，S，E]=myLQR（Info，Q，R，N）的求解過程。這里需要說明的是，m文件應是函數(shù)的實現(xiàn)而不是單純的腳本文件，而且從混合編程的角度來講，編譯腳本文件不具備實際意義。

Matlab提供了三種使用Matlab編譯器的方式[5]：①在Matlab環(huán)境中使用mcc命令；②在系統(tǒng)命令環(huán)境中使用mcc.exe（在Windows上）；③在Matlab環(huán)境中使用Deployment Tool。

以第①種方法為例，m文件編寫完成后，在Matlab中修改當前工作文件夾路徑為包含m文件的文件夾路徑。在Matlab命令窗口中輸入：mcc-W cpplib：myLQR-T link：lib myLQR.m即可將m文件編譯為動態(tài)鏈接庫文件。

（3）建立VC++工程并進行屬性設置

新建一個空白的對話框工程。

如圖1所示，在項目-屬性-配置屬性-C/C++的附加包含目錄中加入”MATLAB PATH＼R2010a＼extern＼include”，其中MATLAB PATH是Matlab在硬盤中的安裝路徑。

在項目-屬性-配置屬性-鏈接器的附加庫目錄中加入”MATLAB PATH＼R2010a＼extern＼lib＼win32＼microsoft”。

在項目-屬性-配置屬性-鏈接器-輸入的附加依賴項中加入”mclmcrrt.lib myLQR.lib”。

將上一步中由m文件生成的頭文件、動態(tài)鏈接庫文件和靜態(tài)鏈接庫復制到VC++工程文件夾目錄下。

（4）VC++界面設計及數(shù)據(jù)接口編程

根據(jù)單級倒立擺的基本參數(shù)，以及LQR線性二次型調(diào)節(jié)器的加權參數(shù)，設計VC++對話框的圖形界面，并使用mwArray類型變量配置動態(tài)鏈接庫函數(shù)的數(shù)據(jù)接口，如圖2所示。

2.驗證編程有效性與運行速度

（1）Matlab中的運算結果

在Simulink中依據(jù)單級倒立擺的系統(tǒng)仿真框圖建立仿真程序模型，如圖3所示。

選取一組適當?shù)膯渭壍沽[系統(tǒng)參數(shù)[6]。

根據(jù)單級倒立擺系統(tǒng)的系統(tǒng)模型[7]。

，

可以計算得到線性系統(tǒng)的系數(shù)矩陣和。選取輸出矩陣和直接傳遞矩陣分別為，。

線性系統(tǒng)最優(yōu)二次型性能指標為，由于本文以驗證演示混合編程方法和有效性為主，故直接選取性能指標中權矩陣和分別為，，選取噪聲為[8]，再由Matlab中的lqr函數(shù)計算可以得到此單級倒立擺系統(tǒng)的最佳反饋增益矩陣。

將得到的最優(yōu)反饋增益矩陣加到Simulink仿真模型中的反饋增益環(huán)節(jié)上。仿真后得到輸出結果為小車位移和擺桿傾角，如圖圖4所示。

（2）VC++中的運算結果

在求解LQR二次型最優(yōu)控制反饋增益矩陣的程序中輸入與前文中單級倒立擺系統(tǒng)相同的系統(tǒng)參量，并進行計算，得到最佳反饋增益矩陣，如圖5所示。

選擇時間軸T=0：0.005：10，使用lsim命令可以求得此單級倒立擺系統(tǒng)的輸出響應分別為小車位移和擺桿傾角，如圖6所示。

對比兩次仿真的結果可以得出結論，利用編譯器編譯m文件得到的動態(tài)鏈接庫文件所包含的函數(shù)能夠正確進行矩陣運算，得到LQR二次型最優(yōu)控制反饋增益矩陣。

在Matlab中使用其自帶的Profiler工具統(tǒng)計myLQR函數(shù)求解反饋增益矩陣時所消耗的時間為514毫秒如圖7所示。

而在VC++中，在調(diào)用myLQR函數(shù)的語句前后分別使用GetTickCount（）函數(shù)查詢當前系統(tǒng)時間，兩次查詢的結果作差后，即得到VC++執(zhí)行函數(shù)myLQR求解矩陣所消耗的運算時間，如圖8所示。

程序運行后得到VC++中調(diào)用myLQR函數(shù)消耗時間為442毫秒，如前文圖5所示。說明了在進行相同的矩陣運算時，VC++環(huán)境下具有略優(yōu)于Matlab環(huán)境下的代碼運行效率。

四、結論

可以看到，通過使用混合編程技術把Matlab中有關于控制算法的函數(shù)轉編為VC++可用的動態(tài)鏈接庫形式，在用戶沒有進行任何控制算法編寫的情況下，就可以完成在VC++中對控制系統(tǒng)的控制變量的求解，進而完成控制系統(tǒng)仿真。免去了用戶需要親自編寫C/C++控制算法的繁瑣工序，只需用戶編寫一部分接口程序即可，而且通過單級倒立擺系統(tǒng)最優(yōu)控制反饋增益矩陣的求解實例還可以論證，這種編程方法集成了兩個軟件的優(yōu)點，使得生成的程序同時具備較好的運行效率和實時性、普適性，拓展了Matlab在現(xiàn)代控制理論系統(tǒng)仿真中的適用范圍，有助于縮減新型控制算法的編程周期，為新型控制算法的研究與開發(fā)提供了一種新的編程思路。

參考文獻

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[6]BaiLi Zhang，JiangGuo Wang，The Analysis and Simulation of First-Order Inverted Pendulum Control System Based on LQR.ISIP2010 Third International Symposium.

第9篇：數(shù)控仿真系統(tǒng)范文

關鍵詞：數(shù)控加工 數(shù)控仿真軟件

數(shù)控仿真軟件是一款在計算機設備內(nèi)完成數(shù)控操作加工仿真的現(xiàn)代化專業(yè)性軟件，能同時展開刀具軌跡與機床運動的仿真。數(shù)控仿真軟件通過三維顯示與虛擬現(xiàn)實技術，使數(shù)控加工整個流程的模擬達到相當逼真的程度，進而檢驗加工環(huán)節(jié)里可能存在的不足。利用微型計算機的數(shù)控加工實驗教學系統(tǒng)，可為學生知識的學習提供更真實的數(shù)控機床操作編程加工環(huán)境，可降低實際上機操作時因誤操作而帶來的機床與工件毀壞幾率，進而提升課堂教學質量與學生實際工作能力。

一、數(shù)控仿真軟件在數(shù)控加工技術教學中的作用

第一，通過數(shù)控仿真軟件能夠彌補設備與師資缺乏，增強學生動手實踐能力，對學生技能操作熟練程度的提升更有利。利用仿真軟件展開模擬操作，可為學生提供更多的實習機會，縮短新授知識轉變?yōu)榧寄艿闹芷凇Ｈ缫粋€班級中約有30個人，3臺機床，平均每臺機床約10個人，每次實習時間約3小時，而每個人的實際操作時間僅有18分鐘，在如此短暫時間內(nèi)，很難達到預期的效果。若我們利用每所學校均有的微機室，將3小時換作與實際機床基本相同的仿真操作的話，可保證所有學生均有足夠時間來動手，提升操作熟練程度，為下一步實際操作做足準備。

第二，提供了多類機床與多類系統(tǒng)。現(xiàn)今數(shù)控機床的種類與系統(tǒng)廠家相當多，教學時可結合需要選擇對應機床與系統(tǒng)完成對學生的授課，增強了學生對不同數(shù)控系統(tǒng)與不同數(shù)控機床的適應能力。

第三，通過數(shù)控仿真軟件可更好結合理論學習，實現(xiàn)同步教學。若通過仿真軟件一邊演示一邊教學，借助車刀與工件運動來顯示指令軌跡，學生更易理解，還可親手操作以加深認識，理論與實踐相互融合，增強了教學質量。

二、數(shù)控加工技術課程的數(shù)控仿真軟件教學要點

1.引導學生正確選用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，提高教學質量

數(shù)控仿真軟件可通過計算機把所編制程序，在二維圖或三維圖的基礎上通過動態(tài)方式把整個數(shù)控加工過程更生動地展現(xiàn)出來。現(xiàn)今有影響力、有代表性的數(shù)控仿真軟件包括上海宇龍、斯沃仿真、南京宇航等。但具體選擇哪種仿真軟件，還應綜合分析仿真系統(tǒng)里操作面與實訓教學機床的匹配性，保證仿真系統(tǒng)里所用到的數(shù)控系統(tǒng)應與教材教學選擇的數(shù)控系統(tǒng)或機床相符，并考慮數(shù)控仿真系統(tǒng)功能是否滿足教學要求與仿真軟件及CAD/CAM軟件配套性，如通過CAD/CAM軟件后置處理所生成的程序可否調(diào)入仿真系統(tǒng)進件虛擬加工，在仿真軟件運行驗證符合要求的程序可否在真實機床里加工等。筆者學校在實際操作中選用了上海宇龍數(shù)控仿真軟件，軟件基本可兼容目前國內(nèi)已有的大部分數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、SIEMENS、廣州數(shù)控等。仿真軟件完全模擬真實的數(shù)控機床操作，能清晰仿真整個數(shù)控加工環(huán)節(jié)。學生在學習過程中能夠更快速地了解數(shù)控機床編程與操作技能。

2.科學應用仿真軟件，增強學生學習興趣

過去在黑板上講授不同按鍵名稱、作用與操作方法，實質上是一件費力不討好的事，學習者感覺枯燥，教師也乏味。但若將數(shù)控仿真軟件用于數(shù)控加工技術課程中，學生所編程序能夠直接在計算機數(shù)控加工仿真軟件中進行模擬加工演示。由于機床操作面板的使用及零件加工過程均與實際加工情況類似，學生可從任意角度了解、掌握數(shù)控機床加工過程，毛坯加工變作成品的過程真實形象，更利于知識點的掌握。利用數(shù)控仿真軟件，基于學生學習中遇到的各種困難及問題給予講解、引導、示范操作，可以克服所有的學習困難，解決問題，增強學生學習興趣。此外，數(shù)控仿真軟件再先進，終究不是真實的，數(shù)控系統(tǒng)種類多，統(tǒng)一數(shù)控系統(tǒng)應用于不同廠家生產(chǎn)的數(shù)控機床上，實際操作中也存在諸多差異，研發(fā)人員無法全面掌握這些具體細節(jié)，仿真軟件產(chǎn)品會出現(xiàn)一些與真實機床不同的感覺。教師還應為學生清楚講述軟件與實際機床不符之處，并結合機床真實情況為學生展開針對性教學，以免讓學生出現(xiàn)誤解，不利于將來機床編程與實操。

3.合理安排教學內(nèi)容，循序漸進掌握數(shù)控知識

數(shù)控加工技術課程教學中應合理安排教學內(nèi)容，在教學前將知識點給予有效安排，大致分作三個模塊，即基礎模式、提高模塊與拓展模塊。首先，基礎模塊重點講述訓練中常用到的FANUC數(shù)控系統(tǒng)相關數(shù)控車床、數(shù)控加工中心編程方法、操作及應用知識，該模塊屬于教學基礎，也屬于教學的重點，要求學生務必熟練掌握，并能做到知識的靈活運用;其次，提高模塊重點講述并訓練SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)相關三種機床編程與操作，增強學生在不同數(shù)控系統(tǒng)下進行不同數(shù)控機床編程的操作能力與理解能力;最后，拓展模塊重點講述國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)里的華中數(shù)控系統(tǒng)與廣州數(shù)控系統(tǒng)里的數(shù)控車床編程及操作技巧，拓寬學生知識面，增強學生對不同操作系統(tǒng)、不同操作面板的編程及實踐操作能力。唯有如此，學生方可更牢固地掌握各種數(shù)控加工知識，步入社會后能盡快適應崗位工作要求，提高工作能力。

4.仿真軟件學習與機床實際操作訓練同時進行

數(shù)控仿真軟件不僅可用于數(shù)控加工技術課程教學中，還可作為數(shù)控操作技能訓練輔助工具。教師應擺正數(shù)控仿真系統(tǒng)在教學中的位置，不可讓學生養(yǎng)成一味依賴數(shù)控仿真軟件的習慣，而忽視了機床實際操作練習的重要性。教師需結合課程總共的學習時間，科學分配仿真軟件學習與機床實際操作訓練二者的時間比例，充分認識到數(shù)控仿真軟件的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在入門基礎訓練上，而學生實踐操作技能的提升關鍵還是要通過大量的機床實際操作訓練。學校需合理制訂教學計劃，在數(shù)控仿真軟件課程學習前，就先組織學生到附近工廠實習，讓學生對各類加工方法有更深的感性認識。同時，數(shù)控機床課程與數(shù)控加工工藝課程也應安排在數(shù)控仿真軟件學習訓練前，讓學生掌握更多機床操作方法、加工方法與切削用量選擇方法，更利于學生理解與掌握數(shù)控仿真各環(huán)節(jié)要點，進而讓數(shù)控仿真軟件真正在數(shù)控加工技術課程中發(fā)揮作用，達到“砍柴不誤磨刀功”之效。

總之，數(shù)控仿真軟件將逐漸變成我國數(shù)控教學中的主要手段，不但能夠解決占用過多實驗設備時間的問題，還可提升學生對數(shù)控加工的認識，還可為學生提供檢驗自行編寫程序正確性的有效手段。不過，把數(shù)控仿真軟件應用于數(shù)控加工教學里也有諸多不足，在應用過程中還應不斷改進與完善，使其更好為數(shù)控教學服務，提高教學質量，為社會培育出一批批實踐能力強的新型數(shù)控人才。

參考文獻：

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