MATLAB论文-MATLAB与VC混合编程技术在数控机床动态特性.doc

MATLAB论文－MATLAB与VC混合编程技术在数控机床动态特性监测分析中的应用

专业：物理与电子技术学院08自动化

学号：０８１１８０７１

姓名：张鹏

1．MATLAB简介
1.1MATLAB概述
MATLAB最初是作为矩阵实验室(MatrixLabora2tory)用来提供通往LINPACK和EISPACK矩阵软件包接口的。后来,它逐渐发展成为通用科技计算和图视交互系统的程序语言,其数据的基本单元是矩阵。它的指令表达与数学、工程中常用的习惯形式十分相似,从而使许多用C或Fortran实现起来十分复杂和费时的问题用MATLAB就可以轻松地解决。MAT2LAB的典型应用包括:数学计算、算法研究、数据分析和计算结果可视化、建模与仿真等。
1.2MATLAB的特点
MATLAB有三大特点:一是功能强大。主要包括数值计算和符号计算、计算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线计算。二是界面友好,编程效率高。MATLAB是一种以矩阵为基本单元的可视化程序设计语言,语法结构简单,数据类型单一,指令表达与标准教科书的数学表达式相近。三是开放性强。MATLAB有很好的可扩充性,可以把它当成一种更高级的语言去使用。使用它很容易编写各种通用或专用应用程序。
1.3MATLAB的图像处理工具概述
MATLAB6.1(R12.1)提供了20类图像处理函数,涵盖了图像处理的包括近期研究成果在内的几乎所
有的技术方法,是学习和研究图像处理的人员难得的宝贵资料和加工工具箱。这些函数按其功能可分
为:图像显示;图像文件I/O;图像算术运算;几何变换;图像登记;像素值与统计;图像分析;图像增强;线
性滤波;线性二元滤波设计;图像去模糊;图像变换;邻域与块处理;灰度与二值图像的形态学运算;结构
元素创建与处理;基于边缘的处理;色彩映射表操作;色彩空间变换;图像类型与类型转换。
1.4线性控制系统的分析
1．控制系统的计算机辅助
控制系统的计算机辅助技术是一门以计算机为工具进行的的控制系统设计分析的技术。20世纪80年代后，基于MATLAB的仿真软件包Simulink成为控制系统设计仿真软件中最受欢迎的软件系统。
2．利用Simulink进行线性控制系统的时域分析
时域分析方法是经典控制理论中常用并且实用的方法。这种方法主要用控制系统对阶跃信号的响应曲线来了解系统的动态特性，借助Simulink的分析，我们可以分析并观察到简单二阶系统的阶跃信号曲线。
例1：二阶系统的闭环传递函数可以写成如下形式
G（s）=
其中：ξ为阻尼比，ωn表示无阻力情况下的震荡频率。随着阻尼比的不同，系统闭环极点的位置也不同，从而有不同的祝你特性：
当0﹤ξ﹤1时，为欠阻尼情况
当ξ=1时，为临界阻尼情况
当ξ﹥1，过阻尼情况
当ξ=0，无阻尼情况
为了能够演示这四种情况，在ωn=1即无阻力情况下的震荡频率为1Hz的情况下，去ξ=0,0.4,0.8,1.0,1.4五种情况，对二阶系统的闭环传递用simulink进行仿真。仿真的框图如下：
用step产生阶跃信号，并把初始阶跃时间设置为1；用多个transferFcn表示ξ在取不同值的时候的二阶系统闭环函数；Mux模块将5个取值情况下产生的信号整合，同时发送给scope示波器。
仿真结果如下：
从仿真的结果来看，二阶系统随着阻尼比的减小，震荡的幅度越来越大，在无阻尼情况下出现了等幅振荡，而在过阻尼情况下，二阶系统的过渡曲线单调上升。
在ξ=0.4到0.8时，系统的过渡过程不仅具有较短的响应时间，而且振荡幅值较小，这是二阶系统一般的理想工作状态。

2．MATLAB与VC混合编程技术在数控机床动态特性监
测分析中的应用
2.1数控机床动态特性监测分析系统介绍
图1为机床状态测试分析系统工作流程图，通过传感器获取运行设备的状态信息，对采集数据进行分析处理，识别出设备当前的状态，通过分析软件做出诊断决策，进而对机床进行技术调整，通过这一反馈过程[3]，可以提高机床的特性，从而提高加工质量和生成效率。美国NI公司在这个技术领域处于世界领先水平，图2为NIPXI-9230实物图。

本课题中所开发的监测系统通过采集设备的振动信号，加速度信号，温度信号，对设备进行实时监测，并通过采集得到的数据对设备进行特性分析和诊断，根据数控机床动态特性监测分析系统的功能，选择合适的硬件，包括传感器，数据采集卡，上位机。最为核心的部分为数控机床动态特性监测分析系统软件的设计，按功能需要，该系统软件的总体结构如图3所示：

系统按工作过程划分为三个层次：
第1层次：数据采集与信号调理。传感器获取的信号较微弱，通过对电流或电压信号进行放大、滤波处理后，用采集设备将模拟信号转化为数字信号传输给计算机保存。
第2层次：