基于模糊控制的激光加工间隙控制设计分析.pdf

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1、第8期机械设计与制造2015年8月MachineryDesign&Manufacture13基于模糊控制的激光加工间隙控制设计分析朱尔立·，舒志兵，沈阳，高军虎(1．南京工业大学自动化与电气工程学院，江苏南京211816；2．南京埃德夫机电工程技术有限公司，江苏南京210019)摘要：z轴激光头的随动功能(焦位控制)是激光板材切割工艺的关键技术。为了满足激光板材k_r-．适应复杂条件并具有快速性与稳定性的要求。针对z轴随动功能，提出了基于模糊控制和前馈补偿相结合的控制方法，提高了激光切割头Z轴随动的动态响应性能与鲁棒性。以某数控激

2、光切割随动系统为对象，进行仿真研究，并与普通PID控制器对比分析。结果表明：设计的模糊前馈控制器，响应特性优于普通PID控制器，具有更快的响应速度与更高的稳态精度，并能很好的消除扰动，为实际的系统优化设计提供了依据。关键词：模糊控制；前馈补偿；焦位控制中图分类号：TH16；TP273文献标识码：A文章编号：1001—3997(2015)08—0013—03SimulationResearchofLaserCuttingFocalPositionControlBasedonFuzzyControlZHUEr-li，SHUZhi-bi

3、ng，SHENYang，GAOJun-hu。(1．AutomationCollege，NanjingUniversityofTechnology，JiangsuNanjing211816，China；2．NamingEdifyMechnical＆ElectricalEngineeringTechlogyCo．，Ltd．，JiangsuNaming210019，China)Abstract：Laserprocessingmediumpositioncontrol(follow—upfunction)is￡kkeytechnology

4、oflasercutting．Inordertoimprovesystemspeedandstability，proposedanddesignedthecontrolmethodbasedonfuzzycontroland，eedforwardcompens~ion，improvedeZ-axisservodynamicpe咖r玎埘eandrobustness．TakingaCNClasercuttingsel~osystemasmodelmercomparingwithPIDcontroller．Theresultsshowe

5、dthat：ky，eedforwardcontrollerdesignedinthispaper，hasafasterresponsecharacteristicstoPIDcontroller．Italsohashighersteady-stateaccuracy．ThecontrollerCaneliminatethedisturbanceefectively．ItprovidebasistOactualsystemoptimization~KeyWords：FuzzyControl；FeedfowardControl；Foc

6、usPositionControl1引言杆直连的激光头、伺服电机和伺服驱动器等组成。基本原理是：传感器检测到相对距离与初始设定值不符时，将信号由模拟量输入在高速运动中保持激光头与板材之间的间隙稳定不变并具模块输人，经过数字滤波与A／D转换，传输到PLC中。在PLC中有优秀的随动性能是完成激光加工的关键。在加工条件变化较大由控制算法得出对应的跟随电机指令到伺服驱动器，从而控制执的情况下，普通PID控制方法效果往往不是很理想，甚至影响正行机构运动始终保持激光头与板材的相对距离恒定，达到在高速常加工。在高速运动中往往容易过冲或者响应速度

7、过慢而影响加运动的同时稳定加工的效果。工。另外激光切割加工中辅助气体的喷射易造成板材的振荡，不利于保持焦位稳定，且板材振荡具有随机性。提出了基于模糊控制与前馈补偿结合的随动控制方法，提升了随动系统的动态响应能力与稳态精度，并具有良好的抗扰动性能。2焦位控制系统结构控制系统的组成，如图1所示。其中电容式高度传感器为检测激光头与切割板材距离(即焦点距离检测)传感器，固定在激光头末端，实时监测激光头与板材间的离。传感器的输出信号~10V图1系统结构图模拟信号，表示实时的激光头与板材距离。执行机构由丝杆、与丝Fig．1Systemstru

8、cture来稿日期：2015—01—24作者简介：朱尔立，(1989-)，男，江苏扬州人，硕士研究生，主要研究方向：机电一体化、PLC、单片机、交流伺服运动控制；舒志兵，(1965一)，男，江苏南京人，硕士研究生，副教授，主要研究方向：交流伺服系统