王兆刚

  （中南林业科技大学，2014601，自动化1班，湖南 长沙，410004）

[摘要]：从控制的角度对现代工业进行了分类，并分析了它们的特点，具体分析了计算机数控系统的信息流动过程，并指出了反馈原理是如何在其中表现。

[关键词]：自动控制  计算机数控系统  信息  反馈

自动控制原理是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置或控制器，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。

(一)自动控制系统：

1.组成

自动控制系统主要由：控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。

2.分类方法

　　自动控制系统有几种分类方法 

　　按控制原理的不同，自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。 

开环控制系统

　　在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。 

闭环控制系统

　 闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。

按给定信号分类，自动控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 

恒值控制系统

　　给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。 

随动控制系统

　　给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。 

程序控制系统

给定值按一定时间函数变化。如程控机床。

 (二)现代工业:采用现代生产技术设备的工业生产。主要包括生产工艺过程的机械化、电气化、自动化、化学化等。一般泛指20世纪末21世纪计算机的广泛应用以来对现存物质系统飞跃性认知后发展起来的新型高技术高信息化的工业生产，不同于“新兴工业”的概念。 

1.从控制角度对现代工业分类

1）煤炭开采和洗选业 2）石油和天然气开采业 3）黑色金属矿采选业 4）有色金属矿采选业 5）非金属矿采选业 6）其他采矿业 7）农副食品加工业 8）食品制造业 9）饮料制造业 10）烟草制品业 11）纺织业 12）纺织服装、鞋、帽制造业 13）皮革、毛皮、羽毛(绒)及其制品业 14）木材加工及木、竹、藤、棕、草制品业 15）家具制造业 16）造纸及纸制品业 17）印刷业和记录媒介的复制 18）文教体育用品制造业 19）石油加工、炼焦及核燃料加工业 

20）化学原料及化学制品制造业 21）医药制造业 22）化学纤维制造业 23）橡胶制品业 24）塑料制品业 25）非金属矿物制品业 26）黑色金属冶炼及压延加工业 27）有色金属冶炼及压延加工业 28）金属制品业 29）通用设备制造业 30）专用设备制造业 31）交通运输设备制造业 32）电气机械及器材制造业 

33）通信设备、计算机及其他电子设备制造业 34）仪器仪表及文化、办公用机械制造业 35）工艺品及其他制造业 36）废弃资源和废旧材料回收加工业 37）电力、热力的生产和供应业 38）燃气生产和供应业 39）水的生产和供应业 40）房屋和土木工程建筑业 41）建筑安装业 42）建筑装饰业 43）其他建筑业

2.现代工业主要特征有：

①工业生产技术现代化。即劳动手段的机械化、电气化、强速化、精密化和自动化；②工业结构现代化。主要指产业结构与规模结构的合理组成比例；③工业生产组织现代化。生产实现高度集中化、专业化、协作化和联合化，具有较高的劳动生产率；④工业企业管理手段和方法现代化；⑤工业职工结构的现代化。要求拥有大量素质高、技术熟练的生产工人、科技人员与管理人员。

(三)计算机数控系统工作过程：

1) 输入

输入CNC控制器的通常有零件加工程序、机床参数和刀具补偿参数。机床参数一般在机床出厂时或在用户安装调试时已经设定好，所以输入CNC系统的主要是零件加工程序和刀具补偿参数。输入方式有纸带输入、键盘输入、磁盘输入，上级计算机DNC通信输入等。CNC系统输入工作方式有存储方式和数控方式。存储方式是将整个零件程序一次全部输入到CNC系统内部存储器中，加工时再从存储器中把一个一个程序调出，该方式应用较多。数控方式是CNC系统一边输入一边加工的方式，即在前一程序段加工时，输入后一个程序段的内容。

2) 译码

译码以零件程序的一个程序段为单位进行处理，把其中零件的轮廓信息(起点、终点、直线或圆弧等)，F、S、T、M 等信息按一定的语法规则解释(编译)成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区域。编译过程中还要进行语法检查，发现错误立即报警。

3) 刀具补偿

刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。为了方便编程人员编制零件加工程序，编程时零件程序是以零件轮廓轨迹来编程的，与刀具尺寸无关。程序输入和刀具参数输入分别进行。刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹按系统存储的刀具尺寸数据自动转换成刀具中心(刀位点)相对于工件的移动轨迹。

刀具补偿包括 B 机能和C 机能刀具补偿功能。在较高档次的CNC 系统中一般应用C机能刀具补偿，C 机能刀具补偿能够实现程序段之间的自动转接和过切削判断等功能。

4) 进给速度处理

数控加工程序给定的刀具相对于工件的移动速度是在各个坐标合成运动方向上的速度，即F 代码的指令值。速度处理首先要进行的工作是将各坐标合成运动方向上的速度分解成各进给运动坐标方向的分速度，为插补时计算各进给坐标的行程量做准备；另外对于机床允许的最低和最高速度也在这里处理。有的数控机床的CNC 系统软件的自动加速和减速也放在这里。

5) 插补

零件加工程序段中的指令行程信息是有限的。如对于加工直线的程序段仅给定起、终点坐标；对于加工圆弧的程序段除了给定其起、终点坐标外，还给定其圆心坐标或圆弧半径。要进行轨迹加工，CNC 系统必须从一条已知起点和终点的曲线上自动进行“数据点密化”的工作，这就是插补。插补在每个规定的周期(插补周期)内进行一次，即在每个周期内，按指令进给速度计算出一个微小的直线数据段，通常经过若干个插补周期后，插补完一个程序段的加工，也就完成了从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。

6) 位置控制

位置控制装置位于伺服系统的位置环上，如图 2.2 所示。它的主要工作是在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置值与实际反馈位置值进行比较，用其差值控制进给电动机。位置控制可由软件完成，也可由硬件完成。在位置控制中通常还要完成位置回路的增益调整、坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿等，以提高机床的定位精度。

前后台型软件结构中的信息流动过程：

数控系统的信息流动过程

位置反馈系统（检测反馈系统）

伺服电动机的转角位移的反馈、数控机床执行机构(工作台)的位移反馈。包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。

反馈装置把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。

按控制方式分类：

实际上是按有无反馈及反馈的位置来分：

1) 半闭环数控机床(Semi-closed Loop Control)

在驱动电机端部或在传动丝杠端部安装角位移检测装置（光电编码器或感应同步器），通过检测电机或丝杠的转角间接测量执行部件的实际位置或位移，然后反馈到数控系统中。获得比开环系统更高的精度，但它的位移精度比闭环系统的要低，与闭环系统相比，易于实现系统的稳定性。现在大多数数控机床都广泛采用这种半闭环进给伺服系统。惯性较大的机床移动部件不包括在检测范围内。

2) 闭环数控机床(Closed Loop Control)

在机床移动部件上直接接有检测装置，将测得的结果直接反馈到数控系统中。实际上是将位移指令值与位置检测装置测得的实际位置反馈信号，实时进行比较，根据其差值进行控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位。

参考文献：

[1]万百五，《自动化（专业）概论》武汉理工大学出版社，2002；

[2] 杨友良，《自动控制原理 》电子工业出版社 ，2011；

[3]马靖然，《计算机数控系统  》机械工业出版社 ，2011；

[4]吴荣光、吕钧星，《微型计算机原理及应用 》华南理工大学出版社 ，2006；

[5]吴蕴章，《自动控制理论基础》西安交通大学出版社 ，1999。

Title：Information and automatic control

Student ID：20114601

Professional classes：Automation class one

Name：Wang Zhaogang 

Summary: Modern industry from the perspective of control, and analyze their characteristics, a detailed analysis of the flow of information in computer numerical control system, and pointed out the principle of feedback is how the performance in which

Keyword: Automatic control,Computer numerical control system , Information , Feedback.下载本文