进入新世纪，科学技术得到了快速的发展，劳动生产率也得到了显著的提高，现代社会发展追求的目标是更加高效与节能的发展模式，提高数控机床机械技术加工效率这一命题也正是在这种背景下提出的。因此，我们可以得知提高数控机床机械技术加工效率是适应时代潮流的产物，对于提高劳动生产率，促进社会发展有着极其重要的意义。另一方面，提高数控机床机械技术加工效率可以降低劳动强度，降低成本投入，这也是响应国家节能减排政策的具体体现。最后需要认识到的是提高数控机床机械技术加工效率对于促进加工企业的发展与进步也有着十分重要的意义和价值。综上所述，提高数控机床机械技术加工效率对于现代社会的发展有着极其重要的理论意义与现实价值。
2影响数控机床机械技术加工效率的相关因素
1）规章制度不完善。
近些年，数控机床取得了一定的发，但是针对某些方面仍然存在一定的问题，一些设备与零件仍然存在很大的问题，在实际的工作之中数控机床还没有制定合理科学的规章制度保障数控机床的正常工作，这是影响数控机床发展最为主要的因素之一。
2）编制程序有失规范。
数控机床与传统机床相比较最为突出的有点就是增加了数字与计算机控制的部分，这就必然需要相关软件的支撑，由此可见，软件的编制程序对于提高数控机床机械技术加工效率也有着十分重要的理论意义与现实价值。程序的编制在很大程度上可以对数控机床机械技术加工效率产生最为直接的影响。
3提高数控机床机械技术加工效率的策略
3.1软件系统
1）专业操作人员。
在实际的工作之中，专业的操作人员对于提高控机床机械技术加工效率有着十分重要的作用，他们是对数控机床软件进行实际操作的人员，其专业能力与业务素养对于控机床机械技术加工效率有着直接的关系。因此，加工企业应该充分的重视数控机床操作人员业务能力的提高。具体的实施方式有很多，其中比较重要的方式可以分为以下几种：①加工企业应该针对操作人员进行定期的培训，不断的提高他们的综合素质与业务能力，让员工掌握相关的理论知识与注意事项；②应该不断引进相关的专业人才整体提高数控机床操作人员的整体素质，保障数控机床机械技术加工效率的提高。
2）进一步规范操作流程。
与普通机床相比，数控机床在的操作流程更加复杂，操作工艺相对较多。因此，在实际的工作之中，为了进一步提高数控机床机械技术加工效率，我们应该严格的规范数控机床的操作流程，减少数控机床工作之中的冗杂流程，制度严格的工作步骤与检验步骤，真正实现数控机床工作的科学化与规范化，以此来提高数控机床机械技术加工效率。
3）创新管理模式。
数控机床有着其自身的特点，其中最为突出的特点就是需要进行科学的管理，只有这样才能更好的发挥数控机床的优势，促进加工企业的不断发展与进步。因此，在实际的工作之中一定要注重数控机床管理模式的创新，对不同工艺的数控机床制定不同的管理模式，实现管理模式的与时俱进，只有这样才能更好的促进数控机床机械技术加工效率的提高。
3.2硬件方面
在提高数控机床机械技术加工效率过程中最为重要的方式就是注重硬件方面措施的采取，要充分的分析数控机床的工作特点，针对其具体的工作环境采取相应的措施，在实际的工作中需要注意的方面很多其中比较重要的方面主要是以下几个方面。
1）恒定的电网供电水平。
数控机床依靠科技技术与电脑尖端技术，对电网供电系统有着极为苛刻的限制。就目前应用较为广泛的数控机床来说，其装置内部欠压保护装置的报警系统在不稳定的电网系统中很难维持恒定的工作状态，要解决这个问题最直接的办法就是根据运行中数控机床的自身特性，有方向有策略的针对的配置交流稳压器，以减少高峰及低谷时段供电不稳定对整个加工高效所产生的后果。
2）加强对设备选型的研究。
在实际的工作中，我们应该注重加强数控机床设备选型的研究，尤其是针对数控系统方面也更是需要重视。在具体的工作之中，应该根据工作的具体环境和具体条件，结合生产的产品等因素对设备的型号进行选择。另外，一个加工企业购买多种控机床的过程中应该买一个厂家出产额设备，方便维修，有利于工艺之间的连接，从而实现数控机床机械技术加工效率的提高。
3）做好机床的维护和管理。
数控机床的管理与维护对于保障数控机床正常工作，提高数控机床的使用寿命有着极其重要的作用与价值。机床是对数控机床进行维护和保养最为重要的方式之一，要结合机床实际的工作环境与工作状态，对机床进行适当的保养。另外，还应该针对不同型号的机床选择不同的油，只有这样才能保障机床的正常工作，提高数控机床机械技术加工效率。
4结束语
（一）数控技术应用于机床
当下，数控技术在机床生产上的应用已经相当普遍。机床设备为机械生产提供数量庞当、种类繁多零部件，进行零件加工时，由于不同批次、不同厂家的需求不同，零件的规格也存在细微差异，此时就需要通过手工调整编程数据，实现相关参数的规范化。数控技术可以对生产环节中的不同工序进行整体性或局部性的调整和监控，还能针对实际情况对工序中的参数进行修改，从而完成即时性的跟踪控制。简而言之，数控技术就是以计算机的精密指挥取代操作人员的经验性指导，实现控制装置的自动化操作，并有效提高机床设备的控制与执行能力。通过将零件规格与操作误差数据化，合理调节相关设备的启闭时间与运转周期，实现机床加工精度的提升，进而满足机械生产工艺复杂化的具体要求。
（二）数控技术应用于汽车
汽车操纵灵敏性、机械动力性及速度、安全等方面的要求都要靠精密的内部零件来实现。在汽车购买量不断增大的今天，数控技术在提高生产线效率，保证零件生产速度与质量方面依然发挥着重要作用。除复杂零件的生产环节，在进行底盘装配和发动机安装时，自动化生产线同样可以节约大量安装人力，并有效提供操作的精准性，避免误差和瑕疵的产生。此外，数控系统通过整合大量模拟数据，还可以实现对不同款型、功能汽车的柔性控制与柔性生产线归纳。柔性生产线能根据市场需求完成对高、中、低档车型的不同调试，并进行新品的开发工作，以此减小品牌更新换代过快对生产线造成的压力。与此同时，柔性生产线还可通过控制系统与不同操作系统、监控反馈系统的不同组合实现产品的更新，并通过汽车生产线与柔性生产的有机结合，实现生产质量与效能的提高与品牌的创新。
（三）数控技术应用于煤炭开采
煤炭的发掘和开采工作存在较大危险性，对施工质量、施工设备、施工人员也有较高要求，是以在进行相关操作前，必须探明具体矿藏情况、地质环境、气候环境及相关内容。数控技术能实现套料选择方案的最优，在扩大开采规模、提高工作效率的同时完成对挖掘的深度、角度、方向等进行精确控制，从最大程度上保证施工人员的安全，避免坍塌事故的发生。
（四）数控技术应用于工业生产以造纸业为例
在完成原木的采购工序后，需要对木材进行去皮、正圆、切割、粉碎、熬浆、造纸、晒干等一系列环节的处理。然而，流程中产生的废气、机械操纵的失误都可能对施工人员带来安全隐患。此时，数控技术先通过限制正圆环节中的程序参数实现原木规格的统一化，降低后续环节的操作难度，再通过数控切割等技术实现后续环节的相对封闭化，减少相应环节中的人力投入，从而在确保人员安全的基础上实现生产效能的提升。数控技术在食品生产领域也有着广泛应用。通过无菌自动化生产线，可以完成对食品造型、材料配比、加工时间等各项指标的数据化规定。此外，还可通电子监控系统与自动报警装置及时发现、纠正制作流程中存在的问题，并进行针对性调整。值得注意的是，工资在劳动力导向型为主的工业生产的生产开支中占了很大比重，这造成了利益空间的压缩，不利于生产扩大化和高速化，而数控技术的应用则是通过机械生产取代手工操作的方式，完成了人力的节约化与生产的高质高效化。
二小结
所谓的数控技术，简单来讲就是指采用电脑程序控制机器的方法。主要是指通过采用数字信息，按工作人员事先编好的程式对机械加工进行控制。它主要包括：计算机技术、传感检测技术、自动化控制技术、传统及现代的机械制造技术以及网络信息技术。数控技术是一种综合性技术，把数控技术用于机械加工，能够有效地对机械设备进行数字化控制。这主要是运用计算机控制系统进行预先编程，在运行过程中利用计算机辅助软件执行繁琐的数据存储和运算处理，在很大程度上提高了机械加工的精准度与自动化，提高了机械加工的效率。
2数控技术在机械加工机床设备中的作用
2.1数控技术在机械加工中的作用
伴随着现代工业及信息技术的发展，机械加工技术和工艺不断进步，从而推动了机械加工设备的更新换代和机械加工控制系统的更新升级。由于数控技术在机械加工中的应用，出现了数控技术机械设备机壳的毛坯制造。数控气割技术的使用轻易地解决了单间下料等诸多问题，数控气割技术通过保持压缩接触面积的均匀，很好地满足了密封功能的要求。这些使得产品内外环凸凹曲面的加工精度得到提高，实现了毛坯料到成品过程的持续加工。因数控镗铣床编程加工已与机械设备有机结合起来，首先通过预先编程的齿形子程序，然后进行机械加工和结合角度偏置，这能使产品满足生产要求并进行无差异化生产，更好地满足各种精度要求，极大地提高了机械设备加工效率，还能实现生产计算机控制一体化。
2.2数控技术在机床设备中的作用
机床设备是机械加工中的重中之重，因此，在机械加工过程中机床设备的控制技术是非常重要的。为满足现代机械加工业的发展需求，拥有控制系统的机床设备是现代机电一体化的关键。数控技术是现代机床设备的灵魂和核心。通过在机床上使用计算机控制系统，能够对机床的加工过程进行控制，不仅保证了产品的高质量要求，还极大地提高了机床的使用效率与生产效率。它用数字化的代码来表示加工零件的工艺和几何信息，也就是运用计算机编程将刀具与工件间的相对位移以及进给速度编排在计算机控制系统上，由计算机发出控制指令使机床按控制要求运行。无需对机床进行人工参与与调整，只需向计算机控制系统编入新的加工程序，就能改变加工零件，这是数控机床的最大特点。
3数控技术在机械加工机床中的发展趋势
3.1数控技术的性能发展趋势
现如今，我国的数控技术在机械加工领域中得到了广泛的应用，数控技术的作用已不容置疑，它不仅推动了机械加工行业的持可续发展，还提升了我国的综合国力。数控机床的性能正朝着高速高精高效化、柔性化、实时智能化发展。高速高精高效化：随着高速RISC芯片、多CPU控制系统的运用以及机床性能的改善，明显提高了机床的高速高精高效化。柔性化：主要表现在数控技术具有较强的可塑性和较好的可操作性。模块化的设计，能满足生产流程的不同需求。实时智能化：利用实时系统和人工智能相结合实现人类智能行为的模拟，使高科技手段有效运用。
3.2数控技术的功能发展趋势
为解决数控技术发展中面临的多种技术与非技术问题，数控技术在功能上得到了很大的发展，主要表现在用户界面图形化、科学计算可视化、插补和补偿方式多样化以及内装高性能PLC。用户界面图形化：用户界面是使用者和数控系统的对话连接。能够根据客户的知识接受能力和要求，加大对客户界面的开发。用户界面图形化能够实现蓝图编程和快速编程、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放等功能。科学计算可视化：能够高效处理和解释数据，直接使用可视信息如动画、图像等。用于CAD/CAM，如参数自动设定、自动编程、刀具管理数据的动态处理等。插补和补偿方式多样化：有2D+2螺旋插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、极坐标插补等多种插补方式。补偿方式有极坐标插补、螺距和测量系统误差补偿、象限误差补偿、以及相反点计算的刀具半径补偿等。内装高性能PLC：可用高级语言编程或梯形图，提供在线调试和在线帮助功能。用户在车床铣床的标准PLC用户程序基础上修改自己需要的程序，能够建立自己的应用程序。
4数控机床的主要增效途径
目前，我国数控机床的自动化生产设备及生产工艺还存在一定的问题，主要表现在：数控机床生产设备加工切削参数不太合理、与数控机床相关的知识库和工艺数据库缺乏、在自动化的制造中缺乏先进的管理系统。这些问题增加了数控机床加工过程中的准备时间、等待时间和故障调试时间，从而降低了数控机床的生产效率。通过对国内数控机床的现状了解，提出了提高数控机床效率的有效途径。
4.1提高数控机床的自动化程度在数控机床加工过程中，通过柔性生产线，以及柔性制造单元等数控加工技术，逐步提高数控技术的自动化程度。这样可以减少数控机床加工中的准备时间、等待时间和故障调试时间，从而缩减了加工所需要的总时间。由此，在机械加工过程中加工零件的连续性以及自动化程度得到提高，进而提高了数控机床的生产总效率。
4.2逐步优化加工过程通过机械加工生产过程的持续优化实现数控机床的加工，努力改进现有的生产和管理方式、刀具的自动配送、机械设备的管理以及机械零件的制造执行系统等，积极学习国外先进的数控技术水平，逐步优化加工过程。这能有效提高数控机床设备的完整性和开动率，使数控机床得到高效管理和有序运用。
4.3优化加工工艺以及加工设计保证加工零部件的质量以及缩减机械加工的时间，是提高数控机床的加工效率，实现优化数控机床加工工艺的基础。通过使用较为先进的刀具或者性能高的数控机床设备能够完成数控加工机床的模拟仿真秀。运用先进的技术努力优化数控机床加工工艺和加工设计，实现优化控制系统装置。通过提高数控机床的切削效率和主轴的加工效率，能够保证数控机床的加工性能。
5结束语
关键词 非线性；机械系统；PID控制；渐进稳定性
中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0099-02
虽然当前控制理论与技术实现了持续的发展和进步，同时人们也提出了不同的非线性比例的积分和微分方程，有效改善了传统线性PID品质，但大多数的实际机械控制系统依旧采用传统的线性PID进行控制。而PID控制的非线性机械系统的稳定性分析一直是研究中的难点。
Arimoto提出了不确定的非线性机械系统PID局部控制趋向稳定性，而Kelly则提出根据饱和函数在实践中的引入明确了非线性不确定机械系统控制的全局渐进稳定性。相应的专家还了解到自适应饱和P加D控制过程中所呈现的机械系统全局稳定性特点。根据近期的文献研究了解到，专业的研究者所提出的新型的饱和函数，有效证明了P加D饱和同步误差的非线性控制机器人系统的全局渐进稳定特点。
1 机械系统动力学模型与特性
n自由度的自由度旋转关节非线性机械系统动力学模型描述如下：
上述公式中，q为关节位置， 为速度矢量， 为加速度矢量，M（q）为对称正定惯性矩阵，而B0为关节线性阻尼摩擦力矩阵，C(q，)为哥氏力以及离心力矩阵，而g（q）是重力向量，U(q)是由于重力而形成的势能，而则是力矩控制矢量。
非线性机械系统一般具有一下所示的结构特性：
1）当B0，实际上也是线性阻尼矩阵为对角正定矩阵，惯性矩阵保持对称正定且并非无限，是有界的，其范围满足如下关系式：
其中的λm（M）以及λm(M)表示的是在M（q）矩阵中的最小特征值和最大特征值。
2）对于特定的qd以及任意的q以及α>0，有一个恒定的对角正定矩阵保证下列关系式成立：
在实际的分析过程中，也就是公式中，对于任意的qd，也就的任意给定的期望位置，设计出线性PID控制器，通过综合的考量能与任何的模型信息适用，同时实现了非线性机械系统渐进稳定性位置的控制，从而致使非线性机械系统从初始的位置渐进稳定达到目标状态。
2 非线性机械系统PID控制渐进稳定性分析
2.1 传统线性控制半全局渐近稳定性
传统PID线性控制:
公式中的Kp+Ki为恒定对角正比例，而Kd为微分增益矩阵；Ki为积分增益矩阵。
将上述两个公式带入非线性机械系统的动力学模型后，可得出闭环系统的方程如下：
其中B=B0+Kd，通过上述公式，可得知ΔqT TzT为相应系统中唯一静态平衡点。
根据对传统线性PID控制的非线性机械系统的分析，可得出相应的定理：
根据非线性机械系统模型定义，传统线性PID控制系统的应用过程中，通过传统控制器的比例与微分增益参数适宜的不等式方程的设定和完善，那么系统的位置误差处于半全局的渐进收敛状态。也就的存在稳定的吸引域保证。
由于公式所表示的Lyapunov函数V保持正定的。并且函数V的值将顺着闭环系统实现了时间倒数在平衡点附近内部吸引域的半负定。同时实际上值为零实际上也是Δq的值为零以及的值为零。根据LaSalle的不变性原理可了解到，吸引域D的值使处于其吸引域内部的初始值都将渐进稳定实现平衡位置的收敛。这似乎达到了局部渐进稳定的结果，然而实际上影响吸引域大小的常数值没有出现在非机械系统的控制器中，这个影响的正常数值大小可随意自定。同时也是吸引域的大小为整体的状态空间体系，由此，根据相关学者的相似讨论可推算出闭环系统的半全局渐进的稳定性特点。
2.2 改进后的非线性PID控制的全局渐近稳定性
根据相应的仿真模拟实验可知，改善完成之后的NPI-D控制器当中，控制系统中的等价比例的控制参数小于或者等于线性PID的控制参数，非线性机械系统控制器的位置和误差可根据仿真试验的结果看出，在通过了初始控制值的误差暂时状态过渡完成后，机器人系统位置控制误差逐渐接近零。同时实现改善后的非线性机械控制系统，也就是NPI-D系统，与传统的PID控制系统相比具有更快的反应速度。根据推算的理论体系和结论明确到，本论文提出的非线性机械系统NPI-D控制器的改进措施引入了较新的且将小误差放大的饱和函数，从而明确了在较小的控制增益状况下依旧能实现较快的过渡过程。为了保证非线性机械系统全局区域稳定性而采取的，通常所用的双曲余切函数无法放大误差，为了实现满意的系统过渡，机械系统中的比例以及积分的增益都相对大一些。
首先通过相类似的势能函数，实现对相应系统稳定性特点的推导：
针对近似的势能函数求导可得出非线性的饱和函数如下所示：
其中唯一的静态平衡点为
对于公式中所控制的闭环系统，可推出如下定理：
对近似势能函数所表示的非线性机械系统，通过改进的非线性机械NPI-D控制系统，控制器比例以及微分增益都要满足相应的不等式，那么系统位置位差呈现全局渐进收敛，也就是。
3 结论
通过对相应线性控制的非线性机械系统渐进稳定的分析，清晰明确地回答了这一开放性问题。虽然并没有对线性控制全局的渐进稳定性进行阐述，但实际证明了实际机械系统中的半全局的渐进稳定性，同时在传统的线性PID控制半全局渐进稳定性的分析基础之上，提出了改进的NPI-D控制体系，通过相应专业理论的应用证明了闭环系统呈现全局渐进稳定性，通过实际的实例进一步表明了理论分析结果的正确和有效。
参考文献
[1]苏玉鑫，郑春红，Peter C.Müller.非线性机械系统PID控制渐近稳定性分析[J].自动化学报，2008(12).
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[3]赵国生，魏志纲.基于非线性PID控制的三相有源滤波器[J].郑州大学学报(工学版)，2005(2).
[4]尚宏，陈志敏，任永平.一种新型非线性PID控制器及其参数设计[J].控制理论与应用，2009(4) .
关键词：机械工程控制；控制理论；教学改革；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）22-0061-02
随着现代科学的迅猛发展，传统的机械工程学科发生了极为深刻的变革。控制理论、微电子技术、计算机技术与机械制造理论与技术的结合，促使机械工程领域各个方面发生根本性的变化，并且促进了机械工程中先进制造技术的发展，《机械工程控制基础》课程的开设就是为了适应这一现代科学技术变革的需要。“机械工程控制”是一门研究“控制论”在“机械工程”中的应用的科学，同时，它又是一种方法论，是科技工作者分析和解决问题的有效手段。《机械工程控制基础》课程是一门专业基础课，主要面向机械设计制造及其自动化专业本科生开设，既为后续的数控技术、机电一体化技术、机械工程测试技术、机器人技术等专业课程提供理论基础，也为学生毕业后进一步深造，以及从事机电一体化控制相关领域的应用与研究工作打下必要的理论基础。本文从课程的教学目标出发，结合课程的特点，对课程的教学方法进行分析研究，提高学生学习兴趣，培养学生的知识综合能力，使课程教学达到良好的效果。
一、明确课程教学目标
教学目标是课程教学的主线，教学过程中要时刻谨记课程的教学目标，深入理解课程的教学要让学生掌握什么、理解什么、最终要达到怎样的效果，所有的教学手段、教学方法应紧紧围绕这一主线进行。我校开设的机械工程控制基础面向机械设计制造及其自动化专业，总学时40学时（其中实验6学时），根据学时的设置和课程内容的系统性要求，我们制定课程的教学目标如下：①使学生理解控制系统的基本概念和掌握自动控制系统分析、设计（校正）的基本方法。②学会运用Matlab进行控制系统辅助设计和分析。③使学生能以动态（动力学）的观点而不是静态观点去看待一个机械工程系统；从整体而不是分离的角度，从整个系统中的信息传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为。④能结合工程实际，应用经典控制理论中的基本概念和基本方法分析、研究和解决其中的具体问题。教学目标的设定针对学生的个体发展需要，分层次，逐步提高。其中，既有共性，即所有学生必须掌握的，又包含个性，即体现学生自我发展的需要。
二、针对课程特点，制定教学方法
教学方法的制定应从课程的特点出发，才能达到良好的教学效果。工科类课程大多枯燥乏味，机械工程控制课程更加如此。机械工程控制基础课程内容涉及面广，课程的内容侧重理论，使得课程内容复杂且抽象，因此，如何提高学生学习课程的兴趣，从而发挥学生学习的主动性，是该课程教学中存在的普遍问题。
1.精彩的绪论，是激发学生兴趣的关键。机械工程控制基础课程的特定决定了该课程丰富的内涵，通过精彩的绪论内容，让学生进入课程中来，体会到课程的重要性，激发学生学习该课程的愿望，是整个课程教学成败的关键。①感性认识阶段。通过控制理论的发展历史、丰富的多媒体素材、控制理论在军事中的应用以及控制理论在家用智能电器中的应用，不但让学生耳目一新，又让学生感受到它与自己息息相关。②理性思考阶段。经典的实例和素材不单是简单的堆积，更要带领学生去深入的思考，通过讨论和师生互动的方式，让学生体会控制论的思想、方法，从而为理论教学奠定基础。
2.深入理解课程教学目标，系统化理论教学内容。课程的教学内容以系统建模―系统分析―系统校正为主线，首先让学生了解课程教学的总体结构。①了解系统模型：系统的微分方程、传递函数、频率特性模型之间的转换关系。②了解系统分析：时间响应分析、频率特性分析、系统的稳定性分析。③理解系统建模和系统分析的目的：系统的综合校正。通过使学生了解课程的总体结构，使学生明确学习目的。
3.深入理解课程教学目标，系统化理论教学方法。①侧重结论，淡化过程。结论的理解和总结贯穿于课程的始终，对结论的理解是课程教学目标的基本要求。结论的产生通常的教学过程是：物理模型―抽象―数学模型―分析―结论。在教学过程中应让学生理解和掌握这一分析结论的过程和方法，并淡化每一次结论分析过程中的数学推导过程，避免教学内容的枯燥和抽象使学生产生厌学的心理。②侧重应用，深化综合。通过具体化物理模型，应用基本概念与基本理论解决具体问题，最终使学生深入理解概念和理论的内涵。
三、理论与实践结合，提高学习兴趣
机械工程控制基础课程实验采用Matlab软件进行仿真分析，将课程理论应用通过软件进行实践应用，提高了学生对课程理论学习的兴趣，并加深了对理论知识的理解。课程的实验具体设置如下：①Matlab软件基本操作实验：应用Matlab软件进行基本的数学运算。②控制理论仿真基本操作实验：应用Matlab软件进行控制系统建模、时间响应分析、频率特性分析和系统的稳定性分析。③综合性试验：针对给定的系统及其性能指标要求，建立系统模型，应用Matlab软件进行系统的综合与校正。④设计性实验：自己设计控制系统，建立系统数学模型，进行Matlab仿真分析，应用自动控制原理实验箱，连接控制电路，分析系统。
四、以教学目标要求为基础，制定考试内容
机械工程控制基础课程中的基本概念、基本理论和基本方法，贯穿于课程的始终，对课程中基本概念、基本理论和基本方法的理解是课程的基本要求，但课程的教学目标更注重对知识综合应用能力的培养。因此，在考试内容的设置上应以综合试题为主，突出教学目标，通过知识的综合应用体现学生对基本概念、基本理论和基本方法的理解，避免学生考前突击、死记硬背、甚至考试作弊等现象。
五、改革考核方式，建立全程考核模式
机械工程控制基础课程的考核采用期末考试占60%，考勤占10%，作业占10%，实验占10%，文献查阅实例分析占10%的考核方式。采用全程考核模式，降低了期末考试在总成绩中的比重，使成绩构成多样化。作业的布置应少而精，使学生更多的思考问题，查阅资料，分析和解决问题，不但减轻了学生的学生负担，更锻炼了学生的自主学习能力。
本文就机械工程控制基础课程的教学目标和课程特点，分析了课程的理论教学方法，制定了课程实践教学内容与考试内容的设置，提出了课程的考核改革方法，实践证明，采用该教学方法，提高了学生的学习兴趣，锻炼了学生的自主学习能力，达到了良好的教学效果。
参考文献：
[1]杨叔子.机械工程控制基础[M].第六版.武汉：华中科技大学出版社，2011.
关键词：数控机床；机械加工；精度提升；误差补偿；技术探讨
1机械加工误差的分析
（1）加工原理误差。加工原理误差是在实际的机械零件加工过程中，使用和理论加工方法类似的技术、刀具轮廓以及传动比等使得产生的零件参数与理论有所偏差。这也是数控机床机械加工中最常出现的精度误差原因。产生这种误差的原因有两种：a.实际的加工中使用类似的加工方法，在数控机床的实际操作中，为了使加工的流程看起来和理论相似，使用的加工方法和理论上有所差距，这必然会造成加工原理上的误差。b.实际机械加工中使用的工具和理论模具不一样，比如刀具轮廓的使用，理论上机械加工要求刀具应当具有很高精度的刀具曲面，但是实际操作中，机械加工的刀具不能达到理想的要求，一般会采用近似的刀具曲面，像弧线、直线等线性进行替代，这种情况就会造成刀具轮廓加工过程中带来的加工理论误差。（2）工艺系统误差。a.机械零件受力点位置变化引起误差。在机械加工工艺的生产中，工艺系统的切削着力点通常会伴随着切削的位置进行变化，两者之间位置的变化，使得加工零件受力点在不断变化，在位置的交错中，会造成一定的误差。b.机械加工受力程度的变化引起误差。在机械加工中，零件受力点在不断变化过程中，点受到的切削程度也会不一样，由于被加工的零件本身就存在材质、形状和尺寸的不均匀情况，在加工的过程中就会形成不同受力点切削的力度不一，形成加工工艺中的误差。
2数控机床机械加工精度提升的误差补偿技术
在现代科技的发展和应用中，保证机械加工的精度的方法有两种，一是提高数控机床的质量，二是采用误差补偿技术，本文着重从误差补偿技术进行精度提升的研究。误差补偿一般又可以分为误差预防和误差补偿技术，在误差补偿技术中常用的方法是误差建模、误差测量、误差补偿实施。（1）硬件静态补偿法。在机械加工精度控制中利用硬件静态补偿法是指通过添加外部硬件机构，在外力的作用下让机床运用副位置产生与误差方向相反的运动来减少加工中的误差。在加工螺丝时由于加工机床丝杠之间存在误差，通过螺距校正尺来进行丝杠之间的螺距，就属于是静态补偿法。由于静态补偿法的局限性，只能在停止时进行数值或者是硬件的参数调整进行补偿，在运动时不能进行实时的补偿，这种硬件静态补偿法被使用的频率相对较低，一般会和其他方法进行综合使用。（2）静态补偿法和动态补偿法综合使用。上面已经给提到静态补偿法是在数控机床加工的静止时，通过调整参数进行误差补偿，这种补偿法可以对精度进行系统补偿提高，不能在运动中进行随机的误差补偿，通过和动态补偿法的相结合可以实现加工精度的大大提高。动态补偿是在加工的切削情况下，依据机床的工况、环境条件和空间位置的变化追踪进行补偿量亦或参数补偿，通过运动的实时现状进行反馈补偿，例如在轴承的机床加工中，通过对热量、几何形状、切削程度的监控进行及时的参数修改补偿，是一种具有现实实际意义的误差补偿法，但对于数控机床的技术水平要求极高，投入的成本很大。（3）进给伺服系统补偿法。伺服系统是驱动各加工坐标轴运动的传动装置。这种补偿系统可以正反两个方向运行，能够根据加工轨迹的要求，进行实时的正向或者反向运动，其加工控制精度可以达到0.1微米，另外它的调速范围宽、快速响应并无超调、低速大转矩。在典型的数控机床进给系统中由步进电机构成的开环控制系统，步进电机的角位移或者线位移与脉冲数成正比，其转速与脉冲频率成正比，它将指令脉冲变成步进电机输出轴的旋转运动来控制机床加工；闭环进给位置伺服系统，它主要是采用直流伺服电动机或交流伺服电动机驱动，机床工作台的实际位移可通过检测装置及时反馈给数控装置中的比较器，以便于指令位移信号进行比较，两者差距有作为伺服电机的控制信号，进而驱动工作台消除位移误差；半闭环进给位置伺服系统，该系统由位置控制单元和速度控制单元构成，光电脉冲编码器发出的脉冲，一方面用作位置的反馈信号，另一方面用作测速信号。当点击的负载变化时候，反馈脉冲信号的频率将会随着变化，在实际的机床加工中，通过控制伺服电机的转速进行精度误差的减小。（4）修改G代码补偿法。G代码是编制机床加工程序的语言，G代码中有刀具的补偿功能，像G44、G43是刀具长度补偿。G代码的补偿原理是通过对刀位信息的修改来补偿误差的范围。这种补偿也被广泛用于数控机床的机械加工误差补偿，例如Hsu等人建立的五轴机床误差补偿模型，根据对模型对CAM软件生成的初始刀位进行修改，用修改G代码的方法完成数控机床机械加工误差补偿。这种补偿方法需要G代码的编程人员进行工件的几何形状确定，确定工艺过程和刀具轨迹，在进行实际的运行中，如果出现位置偏移就需要通过修改G代码进行误差补偿，一般运用于比较简单的加工零件，其形状不复杂，主要是直线和圆弧组成的轮廓，数据的处理量不大，在遇到工作量大，复杂的零件时候，就需要通过计算机的G代码控制进行修改，程序员通过计算机辅助进行编程。（5）坐标偏置补偿法。坐标偏置补偿法是利用数控系统的坐标原点偏移，参照位置等信号的反馈进行机床误差的补偿。在程序员进行操作时候，可以通过数控系统的直观显示进行零件加工的误差校对，对于出现误差的，可以通过操作数控系统对原点坐标进行重新设置，使其对出现的误差进行补偿，这种补偿方法适用于三轴坐标的数控机床。这种补偿法一般在使用侧头时候用的是固定侧头，同时还需要一定的软件补偿，保证地基的稳定。
3结束语
综上所述，误差补偿法可以有效的提高数控机床机械加工精度，并能够给数控机床带来经济效益。误差补偿可以有效的控制数控机床机械加工过程的零件精度，有助于提高机械加工工艺技术，能够适应数控机械加工企业的高级精度、高级质量水平化发展方向。误差补偿法是在原有数控机床的基础上，通过科学的技术和手段，来实现零件设计的理论值，目前误差补偿的技术已经被广泛的应用和被相关学者所关注，并且在通过不断完善和更新误差补偿技术，使其成为现代社会精密工程的主要技术。
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关键词：数控 铣床铣削 排除 调整
中图分类号：TG5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0079-02
本文通过实际案例分析，了解一些常见故障的排除与调整。案例如下：设备名称FANUC0i―Mc数控系统，故障类型为铣削出现椭圆现象。分析：对于数控铣床铣削后出现椭圆，通常考虑以下3点原因：（1）X-Y轴伺服不匹配。（2）反向间隙。（3）X-Y轴不垂直。
1 X-Y轴伺服不匹配
伺服不匹配占故障比例为87%，因此首先考虑此问题。应用球杆仪进行检测可得图1，图中2和3为正反向360°得出的图形， FANUC0i―Mc数控系统位置增益（伺服环增益）参数是#1828（0.01s-1）。
（1）产生原因。如果轴间伺服环增益不匹配，会导致伺服不匹配误差，此时两根轴不同步，一根轴要早于另一根，造成椭圆图形，如图2所示。
（2）故障排除。伺服不匹配将导致插补圆不圆。一般情况下，进给率越高造成插补圆的椭圆程度越大。与前一个图像相符，原机床参数#1825X轴（6000），Y轴（3000），故减少X数值，增大Y值，如图3所示。
经过反复调整参数检测调整（最后参数是X2200，Y7000）后图像如图4所示。
此时数控机床铣削出现椭圆的故障消失。
2 反向间隙的排故与调整
此机床的反向间隙占29%，发那科数控系统调整反向间隙的参数是#1851，如图5所示。图中由某轴线开始处有一个沿图形中心外凸的台阶，台阶的大小通常不受机器进给率的影响。在图中仅有Y轴上显示有正值反向间隙。
检测图像是Y轴有反向间隙，调整参数为28.4 mm，调整后球杆仪检测进行间隙补偿。由于Y轴反向间隙存在正负两个值，丝杠两固定端应存在串动或者丝杆副有问题，需要重新调整固定等。现在圆度由原来的638.6 mm通过球杆仪检测及数控系统参数调整变为32.8 mm。
3 X-Y轴不垂直
原因：数控机床在加工过程中，各轴的垂直度误差都经过测试，满足机床的设计精度。但经过一段时间的使用后，垂直度误差超过设计精度时，就需要进行修正，垂直度超差的原因主要是各配合部分的移动。X-Y轴经过长时间的振动与受力，经常会发生偏移，这时就会出现X、Y轴之间垂直度误差的出现，误差主要出现在一个方向，即XY平面内。
原因：在使用数控机床的过程中，测试排除过每个轴的垂直误差，达到机床的设计精度。垂直误差会在使用一段时间后偏差会超过设计精度，这时就要进行修正，这种情况产生的原因是各配合部分发生移动。X-Y轴长期受到震动和受力，所以很容易发生偏移，所以X、Y轴之间发生垂直度的误差，并且误差主要发生在XY平面内这一个方向。
解决方法：将Y轴导轨重新进行定位面配刮，配刮镶条，这样可以将定位面积扩大，从而定位刚性也变强。将X-Y轴修刮至符合标注的呢机械垂直度，与此同时也进行了定位面修正，然后重新定位丝杠副，避免丝杠副弹性变形的发生，增加度在导轨、丝杠和各运动表面，避免各运动部件发生爬行现象。
4 结语
本文案例对于数控机床铣削出现椭圆形的故障排除应用了球杆仪，同时需要技术人员、机械以及电器的配合，通过对X-Y轴伺服不匹配、反向间隙、X-Y轴不垂直等可能因素进行排除和调整，最终排除了故障，使机床的加工圆度达到加工要求。
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关键词：仿人 机械手 单片机STC15F204EA 驱动器 步进电机
中图分类号： TP241 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2015）04（a）-0000-00
中国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，把“服务机器人”研发作为重点项目。机械手是“服务机器人”的关键部位，在各种护理机器人、陪护机器人、中医按摩机器人中，机械手是机器人完成“服务”任务必不可缺的一部分。设计并制造具有感知能力的拟人化机器手，并对拟人机械手的材质、机械结构、控制技术进行了深入的调查研究。将微小型步进电机和齿轮减速器引入拟人化灵巧机械手设计结构中，实现机械手的大扭矩抓取和拟人化；机械手装有位置、力、力矩等多种传感器，可实现机械手认知能力，且所有部件均集成在手指和手掌内。开发具有认知能力的拟人化灵巧机械手集机、电、计算机软硬件、信号源处理于一体。有5个相同结构的模块化手指，具有拟人化手形外观及认知抓取能力。通过对拟人化灵巧机械手的研究，带动更多前沿学科与机器人技术的交叉和融合，促进我国“机器人”的进一步发展，提高其技术水平和国际竞争力。
1 仿人机械手工作机理分析
仿人机械手主要由手掌、手指机构、拇指机构和所有的手指驱动机构组成。手掌内放的驱动直流小电机，节约了手的空间，缩小了体积；手指机构包括小指、无名指、中指和食指，它们都由相同的构件组成，包括两个关节前指和后指，前指和后指使用螺钉连接，可以减小手指的大小。各指之间使用轴连接，用轴套保持之间的距离，防止发生碰撞。拇指机构是单独的零件体，单独与四指机构用连杆连接，减小了机构的复杂性，有利于优化机构。传动机构包括电机轴齿轮、减速齿轮、驱动手指机构的半齿和带动拇指的连杆组成。仿人机械手运动的过程是以手掌为基座，电机固定在手掌内，带动齿轮实现各级减速，半齿连接在四指上，当半齿转动时带动四指张合，四指和拇指是由连杆连接，所以四指动的时候拇指也随之而动，且与四指相反，从而最终实现物体抓握。
2仿人机械手控制系统硬件设计
2.1控制系统硬件结构设计
图3-1仿人机械手控制系统结构框图
如图3-1所示为基于单片机系统设计的仿人机械手控制系统的结构框图。其工作方式如下：
其中MCU为单片机处理器，信号采集模块包括位置传感器模块和力矩传感器模块。这两个传感器模块的主要功能是检测对被抓物体的夹紧力地大小，同时生成模拟量的电信号，然后再通过单片机内部自带有的A/D转换芯片将模拟量转换成数字量，单片机将得到的数字信息存储起来，等到要处理的时候进行处理。
当单片机根据采集到的夹紧力对应的电压信号来算得手指的运动的位移，向外部驱动电路发送不同的位移信息。外部的电机驱动器将接收到的数字信息进行处理，最后进行对电机运行的控制。
2.2控制器芯片的选择
在设计控制系统的过程中，对控制芯片的选择至关重要，从系统的稳定性，性能和价格等方面考虑选择STC15F204EA单片机。
STC15F204EA系列单片机是STC公司生产的单时钟机器周期的单片机，是高速、高可靠、低功耗、抗干扰的新一代8051单片机，可设置5MHZ-35MHZ宽范围频率，可彻底省掉外部昂贵的晶振，自带8路高速A/D转换功能，无需在系统再搭建模数转换电路。
2.3电机驱动模块的设计
2.3.1驱动芯片的选择
L293是ST公司生产的一种高电压、小电流电机驱动芯片。该芯片采用16脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达36V；输出电流大，瞬间峰值电流可达2A，持续工作电流为1A。内含两个高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和继电器线圈等感性负载；该芯片可以驱动两台直流电机。引脚P1用于M1电机PWM输入控制，引脚P2用于M2电机PWM输入控制。
2.3.2单片机与驱动器之间的接线与参数设置
本文所采用的单片机STC15F204EA可以控制驱动器L293驱动两台微电机。分别是M1和M2。引脚P1、P2可用于接收单片机输出的PWM脉宽调制信号以实现对电机进行调速控制。实现电机正反转是通过D1和D2两个端口控制的，输入信号端D1接高电平，电机M1正转，如果接低电平，电机就反转。控制另一台电机是同样的方式，驱动器L293输入信号端D2接高电平，电机M2正转，反之则反转，PWM信号端P1控制电机M1速度，PWM信号端P2控制电机M2速度。下图3-2为仿人机械手控制系统接线原理图，详细地绘制了单片机控制驱动器并连接两台电动机的工作过程。
图3-2 控制系统接线原理图
3控制系统软件设计
本控制系统所采用STC15F204EA单片机对应晶振为12MHZ，利用定时器控制产生占空比可变的PWM脉冲信号。PWM输出范围为0% -100%，PWM的周期1ms，频率1KHZ，且输出低电平有效。
如下是控制机器人左右机械手运动的两台直流电机PWM调速的部分程序
#include；
Sbit KEY_M1_SW =P1^0//M1：启动或停止；
Sbit KEY_M1_DR =P1^1//M1：正转或反转；
Sbit KEY_M1_ADD =P1^2；//M1：PWM加一；
Sbit KEY_M1_SUB =P1^3；//M1：PWM减一；
Sbit KEY_M2_SW =P1^4；//M2：启动或停止；
Sbit KEY_M2_DR =P1^5；//M2：正转或反转；
Sbit KEY_M2_ADD =P1^6；//M2： PWM加一；
Sbit KEY_M2_SUB =P1^7；//M2： PWM减一；
//输出控制引脚；
Sbit PWM1_OUT=P3^0； //M1：PWM的输出脚；
sbit MOTOR1_DR=P3^1；//M1：电机转向控制；
sbit PWM2_OUT=P3^2；//M2：PWM的输出脚；
sbit MOTOR2_DR=P3^3；//M2：电机转向控制；
sbit BEEP=P3^7；//蜂鸣器；
//电机的占空比；
Unsigned char PWM1_value=50；//赋初值 50%；
Unsigned char PWM2_value=50；//赋初值 50%；
主程序
Void main（void）
{
PWM_INIT（）：//PWM初始化
While（1）
{
KEY_SCAN（）：//按键扫描
}
}
4结论
本文设计了一种仿人机械手运动控制系统，该系统充分利用了仿人机械手结构简单、体积小、重量轻，拆卸方便，各手指间都可安装传感器的优点，能使控制更加灵活，安全性增强，满足了仿人机械手对控制系统的要求。以STC15F204EA单片机为控制核心，通过与位移及力矩采集模块之间的通信，实现了信息的良好通讯。通过驱动芯片L293驱动步进电机运转实现对机械手抓握物体的良好控制。
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