仿形机床模糊控制器的研究与设计.pdf

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1、第28卷第3期Vo1．28．No．32014年6月Jun．，2014文章编号：1001—7402(2014)03008207仿形机床模糊控制器的研究与设计卢万银(安徽国防科技职、学院，安徽六安237011)摘要：仿形机床一般采用PID进行调节控制，调节时间较长，有超调量，难以满足高精度产品的加工要模求。本研究通过对仿形机床控制系统的输出信号、以及与给定信号的偏差、偏差的微分等数据进行分析，糊S设计模糊控制规则表与模糊控制器，实现其模糊控制系统，达到理想控制效果。系关键词：仿形机床；PID调节；模糊

2、控制统中图分类号：TP183文献标识码：A与数学1简述有很多复杂曲面和非圆旋转体零件，需用仿形加工才能实现，采用仿形机床加工与采用其它设备加工比较，仿形加工具有无可媲美的优点。仿形机床的工作原理有直接作用式和随动作用式两种。图l为随动作用式仿形原理：把样板给仿形触头的位移信号转换成电信号(电压)，经功率放大后驱动机床执行部件，驱动元件是直流电机，使车刀执行仿形运动，采用这种控制方式的样板和触头承受压力较小。l仿形机床作萋者简羿介：卢万银(1969一)$，'1男"[]，1安t~徽：20金13寨-0人

3、2-，2安6徽国防科技职业学院副教授,OF究方向同：智能控制技术木第3期卢万银：仿形机床模糊控制器的研究与设计83图2为切削仿形机床原理图，把样板给仿形触头的位移信号转换成电信号(电压)，并于刀具加工后的产品信号进行比较放大，经控制器控制伺服电动机，通过齿轮传动，使车刀执行仿形运动。控制器通常采用PID的方式，参数为、k、k；比较放大器由电压放大与功率放大组成，参数为K；直流伺服电机模型为，系统开环模型为，具体应用一9，71—1。幽22系统分析根据对系统结构的分析，构建系统仿真模型如图3，示波器1

4、的二个输入分别为误差、误差的微分，示波器2的二个输入分别为无校正系统输出、PID校正系统输出。仿真结果如图4所示，从图中可知，未加校正装置的系统超调量在50以上，调节时间大于5s，系统稳定后无静差，该系统包含有惯性环节和积分环节，它们使信号产生时间上的滞后，使系统的快速性和稳定性变差，可以采用PD进行校正，根据自动控制理论可知口]，采用降低增益来增加稳定性，采用微分将可使系统相位超前，抵消惯性环节和积分环节使相位滞后所产生的不良后果。采用PID校正效果如图4所示，超调量在3左右，以2的误差要求调节

5、时间在0。4S，系统稳定后无静差，基本达到加工一般零件的要求。图384模糊系统与数学图4仿真结果3模糊控制器设计3．1控制器的输入与输出输入信号取e(￡)一r(f)一c(f)、d百e(t)，输出信号“(￡)，为确定输入信号与输出信号的模糊关系，观察图3仿真模型示波器1的输出，如图5，依据图5可制定模糊控制器的规则表，比如：偏差e(￡)大、偏差微分小，则输出“(￡)大等等。偏差f～，。：：：：：、／·f：：：：：：：一、f／’’。f＼I／-＼／一一■一、、’⋯’!⋯I_ll1．100-_⋯一：；!＼

6、=l_⋯-：-一偏差微分：：：：：：：；一图5第3期卢万银：仿形机床模糊控制器的研究与设计85输入信号(￡)∈[一0．5，1]，ae~r)∈[一2．5，1．5]；输出信号“(￡)∈[一1，1]，根据仿真结果调整增益使输出满足控制要求。为提高控制精度，描述输入、输出变量的语言值模糊集采用七个等级为：{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB)。对应论域为X一{一3，一2，一1，0，1，2，3)，语言变量的隶属度函数曲线采用三角形，如图6，当输入或输出信号≥0时，信号与x的正半部采用线性映射关系，当输

7、入或输出信号

8、旱+詈+詈NM===++等+罟+旱+詈+詈NB一+++罟+旱+号+号3．2输入与输出信号的处理根据上述隶属度函数曲线确立以及论域的划分，比如输入信号(￡)为0．7，由图6可知，其Eo，1．O]对应与水平[O，3]，0．7对应与2．1处，即对应于“B、隶属度分别为0．55、0．95、0．45，其它为0．0。则()的模糊化处理为：0．55．0．950．450000一面十丽十十十而十十N——B模糊控制器的输出信号需要经过解模糊得到“(￡)才能对系统进行控制，比如输出信号各级变量隶属度Up