數(shù)控機(jī)床上運(yùn)用智能控制器的設(shè)計(jì)及各部件的介紹(1)
0 引言精工機(jī)床是裝備制造業(yè)的工作母機(jī), 它的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平已經(jīng)是衡量一個(gè)國(guó)家制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志.為了提高加工精度和加工效率, 現(xiàn)代精工機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)必須具有較高的進(jìn)給速度和進(jìn)給加速度.具有高速反應(yīng)能力的直線伺服進(jìn)給系統(tǒng)) ) )/ 零傳動(dòng)0方式便應(yīng)運(yùn)而生.直線交流伺服電動(dòng)機(jī)具有耦合性、 非線性、 、 負(fù)載擾動(dòng)、 時(shí)變不確定性等, 難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,使用常規(guī)的PID 控制器難以達(dá)到理想的控制效果.例如圖1 所示,通過(guò)負(fù)載分別為 17kg、 13kg、 8kg時(shí)的階躍響應(yīng)曲線對(duì)比, 可以看出, 當(dāng)負(fù)載質(zhì)量增大,原系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢,且容易出現(xiàn)超調(diào). 精密精工機(jī)床是不允許出現(xiàn)超調(diào)的,一旦出現(xiàn),產(chǎn)品將成為次品.模糊控制是一種語(yǔ)言控制,不依賴于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,適應(yīng)能力強(qiáng)、 魯棒性好,設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單,專用芯片已商品化, 比較適合直線電機(jī)位置控制系統(tǒng).不少學(xué)者都認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn),開(kāi)始了模糊控制應(yīng)用于直線電機(jī)的研究.相對(duì)來(lái)說(shuō),有關(guān)模糊控制直線電機(jī)的文獻(xiàn)比其它控制應(yīng)用于直線電機(jī)的文獻(xiàn)要多些.但由于直線電機(jī)控制的研究在我國(guó)起步較晚, 所以模糊控制直線電機(jī)的文獻(xiàn)的絕對(duì)數(shù)量并不多, 應(yīng)用于精工機(jī)床的直線位置伺服系統(tǒng)的就更少. 由于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的對(duì)象不同, 所以選用直線電機(jī)的參數(shù)、 控制的要求也不相同, 自然模糊控制器的類型、控制規(guī)則、 隸屬度函數(shù)、 論域、 量化因子[ 1]等也不盡相同.本文以高精精工機(jī)床用美國(guó) Parker 公司 SL系列直線電機(jī)為研究對(duì)象, 用理論分析和仿真結(jié)合的研究方法, 將模糊控制技術(shù)和傳統(tǒng)的 PID 控制相結(jié)合,應(yīng)用于精工機(jī)床的直線位置伺服系統(tǒng),力圖使系統(tǒng)性能達(dá)到穩(wěn)態(tài)跟蹤精確、 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速、 精確,抗負(fù)載擾動(dòng)或參數(shù)擾動(dòng)的能力強(qiáng). 從而進(jìn)一步驗(yàn)證模糊控制應(yīng)用于高精精工機(jī)床的可行性.1 直線永磁同步電機(jī)直線伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以永磁直線電機(jī)和直線感應(yīng)電機(jī)為主.隨著鐵硼( NdFeB) 等高磁能積、高矯頑力磁性材料的出現(xiàn), 永磁直線電機(jī)更適合用于直線伺服單元驅(qū)動(dòng). 根據(jù)直線永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理, 并忽略一些次要因素,可以建立直線進(jìn)給單元的傳遞函數(shù)為電磁特性傳遞函數(shù)為2 直線進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型精工機(jī)床的直線電機(jī)伺服控制系統(tǒng)還是采用傳統(tǒng)的三環(huán)控制結(jié)構(gòu)[ 2]. 電流調(diào)節(jié)器采用 P 調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器采用PI 調(diào)節(jié)器,位置調(diào)節(jié)器采用P 調(diào)節(jié)器.經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2 所示. 在速度器的輸出端配置有一個(gè)低通濾波器,用來(lái)消除由于干擾引起的存在于速度調(diào)節(jié)器輸出中的高頻雜波信號(hào).3 自調(diào)整位置比例增益kp 的模糊控制器設(shè)計(jì)3. 1 模糊控制器設(shè)計(jì)通過(guò)Simulink 仿真可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)控制器參數(shù)中位置調(diào)節(jié)器比例增益kp 對(duì)系統(tǒng)性能影響較大[ 3],所以首先設(shè)計(jì)自調(diào)整位置比例增益 kp 的模糊控制器(圖3) ,來(lái)改善系統(tǒng)性能.模糊自整定位置調(diào)節(jié)器比例增益控制器是利用模糊理論建立位置比例增益變化 $kp 與控制偏差e和偏差的變化率ec 間的二元關(guān)系, 并根據(jù)輸入e 和ec 自整定控制器的參數(shù) $ k p (如圖四) , 再用 $kp 來(lái)修正k p .實(shí)際應(yīng)用中, 模糊推理過(guò)程通過(guò)查表來(lái)實(shí)現(xiàn).自適應(yīng)模糊控制器采用e 和ec 為輸入語(yǔ)言變量, $ kp 為輸出語(yǔ)言變量, e 和ec、 $ kp 的模糊集均為{N B, NM, N S, ZO, P S, PM, PB } , 論域均為{ - 6,- 5, - 4, - 3, - 2, - 1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6} ,隸屬函數(shù)均為三角函數(shù),整定 $ kp 的模糊控制規(guī)則如表一.針對(duì)不同的控制偏差e 和偏差的變化率ec, 歸納出 $ kp 的整定原則:當(dāng)e= 0 時(shí), $ kp 為 0.當(dāng)e> 0 時(shí),說(shuō)明給定大于響應(yīng), $kp 應(yīng)取正值;當(dāng)e< 0,說(shuō)明出現(xiàn)了超調(diào), $kp 應(yīng)取負(fù)值.當(dāng)| e| 較小時(shí),為避免出現(xiàn)超調(diào), | $ kp | 取0 或較小值.當(dāng)| e| 較大時(shí),為使響應(yīng)盡快接近給定值, | $ kp |也相應(yīng)大些. 并且在同樣大小的e 時(shí),若 ec 越大, 則| $kp | 應(yīng)越小.本文由海天技術(shù)文章 整理發(fā)表，文章來(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅參考學(xué)習(xí)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。海天精工一直以盡心、盡力、盡意的態(tài)度把握每一臺(tái) 加工中心、鉆攻中心的質(zhì)量相關(guān)文章可查閱本站：技術(shù)文章 或本文下方 標(biāo)簽 分類 相關(guān)產(chǎn)品可查閱本站：產(chǎn)品中心