一种智能双模数控伺服进给控制器设计

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1、２００７年１０月西安电子科技大学学报（自然科学版）Ｏｃｔ．２００７第３４卷第５期犑犗犝犚犖犃犔犗犉犡犐犇犐犃犖犝犖犐犞犈犚犛犐犜犢Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．５一种智能双模数控伺服进给控制器设计姜培刚１，２，陈建军１，张彦海２，白清华２（１．西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安７１００７１；２．青岛理工大学机械工程学院，山东青岛２６６０３３）摘要：以数控伺服进给控制器为研究对象，采用在全论域范围内带有自调整模糊规则因子和模糊比例因子的自适应控制策略，提出一种可提高数控伺服进给系统动态性能的智能ＦｕｚｚｙＰＩＤ双模控制器设计方法．仿真分析证明该方法在不同的工作状态下，根据

2、不同的响应阶段的动态性能要求在线自动调整控制器的控制参数和控制算法，可有效地克服传统控制算法存在的扰动、超调量大、调节时间长等缺点．Ｍａｔｌａｂ软件仿真证明该控制器较常规ＰＩＤ、模糊控制器具有响应快、超调小、鲁棒性强和自寻优等特点．关键词：伺服进给；自适应控制；模糊控制；ＰＩＤ控制；双模控制中图分类号：ＴＨ１６５＋．２；ＴＨ３９文献标识码：Ａ文章编号：１００１２４００（２００７）０５０７８９０５犇犲狊犻犵狀狅犳犪狊犲狉狏狅犮狅狀狋狉狅犾犾犲狉狑犻狋犺狋犺犲犻狀狋犲犾犾犻犵犲狀狋犱狌犪犾犿狅犱狌犾犲犖犆１，２，犆犎犈犖犑犻犪狀犼狌狀１，犣犎犃犖犌犢犪狀犺

3、犪犻２，犅犃犐犙犻狀犵犺狌犪２犑犐犃犖犌犘犲犻犵犪狀犵（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖ．，Ｘｉ′ａｎ７１００７１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖ．，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０３３，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｔｏｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＦｕｚｚｙＰＩＤｄｕａｌｍｏｄｕｌｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

4、ｏｆａｎＮＣｓｅｒｖｏｆｅｅｄｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｕｓｅｓａｕｔｏａｄａｐｔｉｖｅｆｕｌｌｄｏｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｂｙｓｅｌｆａｄｊｕｓｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｗｉｔｈｆｕｚｚｙｒｅｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄｆｕｚｚｙｓｃａｌｉｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎａｃｈｉｅｖｅｏｎｌｉｎｅａｕｔｏｍａｔｉｃａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｔｄｉｆ

5、ｆｅｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｐｈａｓｅｓｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ，ｌａｒｇｅｏｖｅｒｓｈｏｏｔａｎｄｌｏｎｇａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｔｉｍｅｉｎｔｈｅｏｌｄｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｖｏｉｄｅｄ．ＡＭａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈａｇｅｎｅｒａｌＰＩＤｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃａｎｏｆｆｅｒａｒａｐｉｄｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｓｍａｌｌｏｖｅｒｓ

6、ｈｏｏｔ，ｓｔｒｏｎｇｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓａｎｄｓｅｌｆｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．犓犲狔犠狅狉犱狊：ｓｅｒｖｏｆｅｅｄ；ａｕｔｏａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｕａｌｍｏｄｕｌｅｃｏｎｔｒｏｌ数控进给伺服系统是数控设备的核心部件之一，其动态性能的好坏对整个系统性能起着决定性的作用．由于数控伺服系统结构复杂，各组成环节具有非线性、时变性、机电耦合等，影响了整个数控伺服进给系统的动态性能．目前，在数控进给伺服系统控制研究方面的文献还相对较少，虽然文献［１～８］中引入了一些模糊控制理论，但效果并不理想．如文献［１］中论

7、述了为满足椭圆活塞车削对伺服系统快速性的要求，基于模糊控制理论设计了自校正ＰＩＤ控制器；文献［２］将Ｆｕｚｚｙ控制器和ＰＩＤ控制器有机地结合，设计出一种新型混合智能调节器———“ＦｕｚｚｙＰＩＤ”控制器；文献［３］讨论了采用模糊推理自校正的方法，来对ＰＩ控制器的控制参数进行实时自整定．然而，上述方法在控制器中都没有规则因子，只是单纯地调整ＰＩＤ控制器的参数，效果不太理想．笔者以图１典型闭环数控伺服进给控制器为研究对象，以提高进给伺服系统的动态性能为目的，根据数控进给伺服系统的特点和性能要求，采用基于自调整比例因子和自调整规则因子的ＳｅｌｆａｄａｐｔｉｖｅＦｕｚ

8、ｚｙＰＩ