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自动控制理论在数控机床维修中的应用探讨

现代社会，对精密加工有极高要求，数控机床有着众多且复杂的零部件，生

产精度要求极高，作业周期本身比较短，面对数控时代的到来，我国很多产业都

有推进工业改革。现如今数控机床在维修的时候，已经有普遍使用自动控制这一

理论，获得非常不错的实践效果。本文将结合实际，做数控机床在维修中对自动

控制理论的使用研究，旨在最大化效益。

标签：自动控制理论;数控机床;维修

前言：在科技不断成熟的今天，数控机床凭借着密切的关联性，也获得了进

步。如今工厂生产中，数控机床是很常见的设备。在自动控制中，自控理论是核

心中的核心。以有没有反馈，可以把自控系统分为闭环控制与开环控制两个类型。

依靠自动控制的理论和概念，平衡与把握输入输出关系。只要自控系统能够时刻

保持稳定，就能够合理把握自动控制的系统。另外自控系统的输出量观测是比较

方便的，能够直接掌握系统当前运行情况、运行状态。为了让工艺生产中能够更

好地展现数控机床价值和优势，就需要做好对自动控制理论研究，解决故障、分

析问题，提高生产质量。

一、伺服系统构成

以伺服控制的角度来看，数控机床总共有三种类型，分别是开环、闭环与半

闭环，当然不论是哪一种，其都依靠反馈控制理论运行。也就是根据反馈位置比

较NC系统指令值，最后得出的结果，用控制伺服电机做误差方向旋转，最后就

能够获得需要的运行结果和目标。比如X轴的闭环控制系统，其伺服系统实际

上就是对内、外两种环控制位置的跟随，其结果如图1所示，数学模型如图2.

其中，图2里面的Xi是输入信号，Kp是控制器软件增益，能够根据系统情

况调整位置，是开环增益。Kdu是转换数模的系数。Kq是电机力矩的常数，Re

是电枢的回路电阻。J是转动惯量、Kφ是反电势常数，Kn是速度反馈数。将其

模型变成公式可以得到：这里面的Km对应的是单个伏的电压电机转速，Km=

说的是时间常数为。

随后是闭环控制开环的增益，K=KpKduKmKe.假设此时不去考虑闭环模型

的时间常数和速度，那么此时的位置控制传递函数开环Gk=K/S，此时闭环的传

递函数就成为了一阶模型，也就是G（s）=这里的T=1/K，假设这一次考虑时

间，那么此时的位置控制开环传递模型的函数就变成了Gk=。此时的闭环函数

属于二阶模型，G（s）=，然后这里面的。从这一系列的数据可以看到的是，

数控机床伺服系统本身由速度控制系统与位置控制系统这两部分构成，也就是一

阶非周期与二阶振荡。之所以会出现这种情况，是因为一阶非周期无法工作，存

在很大的静态误差。计算机控制和计算即便再准确也没办法。二阶振荡控制在数

控机床上，没有足够的实用性。这和数控机床最终控制对象是位置有关系。通常

一阶非周期与二阶振荡一起合作才能够运行，保障工作质量。正因为有了二阶振

荡环节，所以才能够有效缩短系统的控制响应时间，提高灵敏度，保障系统控制

效果。对于静态的误差控制，可以将其调整的小一些，不发散机床的振荡，同时

也不让执行机构变得那么滞后，提高了精准性、位置准确度。现如今数控系统在

二阶振荡控制中，大多都会用到软件，在维修调试中，显得比较方便。

二、常规机床与数控起床

这里数控机床主要由5部分构成。首先是第一个部分，主机设备，该设备是

数控机床自己的本体，用处在于处理加工切削操作要求。第二个部分是数控装置，

主要作用就是把各种数字程序输入、存储器当中，将数字变成对应的控制功能。

第三个部分驱动装置，用途为控制机床实际工作内容。第四个部分辅助装置，用

途为确保数控机床得以有效、安全运行。最后是第五个部分，编程附属装备，用

途为编制与存储机床以外的各个部件，其构成如图3所示。

在常规机床的基础上，使用自控理论的就是数控机床，依靠数字信息操作运

行机床。能够将工件的移动信息和数字代码详细转存到程序当中[1]。这些数字

信息进入到机床系统以后，使用科学计算办法，负责对整个机床系统运转的操作。

数控机床这时候就会按照之前的程序做产品加工与处理。常规机床生产的时候，

需要用人力辅助加工。而数控机床则不需要，不仅提高了生产效率，还有许多附

加功能，简化了不必要步骤，控制了生产投入。数控机床能够用多方位的工作模

式，做产品加工[2]。当然数控机床本身有着很高的自动化水平，可以有效减少

人员的工作强度。另外，