非规则六面转鼓加工中转台的伺服控制研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇非规则六面转鼓加工中转台的伺服控制研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：为了实现对转鼓加工中转台的自动化定位，以满足转台的高精度定位的要求，根据加工转鼓的特点，本文提出了将模糊PID应用于位置环，而电流环和速度环仍采用常规PID控制的方法。通过仿真结果表明，该方法比常规PID具有更好的控制效果。

关键词：转鼓；转台；模糊PID

中图分类号：TQ05 文献标识码：A

1 引言

非规则六面转鼓是热像仪的重要组成部件。由于目前国内仍采用手动控制转台调整转鼓位置进行加工，致使转鼓成品率低，严重限制了红外热像仪的广泛应用。为了实现对六面转鼓的低成本、高效率及高精度飞切，本文开展基于横滚和方位两轴的二维数控转台伺服控制研究，以期实现加工过程中转鼓定位的自动化研究。

目前工业领域中至少90%的控制系统仍在采用常规PID算法。常规PID参数的调整是建立在有精确数学模型基础上，且是线性定常系统。本课题组研究的数控转台控制系统存在参数随时间不断变化及非确定性负载等特点。因此，采用常规PID无法满足高精度要求。于是提出了基于模糊理论的模糊PID控制。

2 转台系统模糊PID方案确定

为了实现对非规则六面转鼓高精度飞切加工，二维数控转台基本运动应满足（如图1所示）：转鼓装夹完成后，将横滚轴旋转特定的角度，方位轴旋转一定的偏角，使转鼓其中一面处于加工位置，然后电磁制动器将两轴抱紧锁死，防止在转鼓飞切中刀具使转台发生窜动，保证转台能稳定可靠的完成该面飞切，然后旋转横滚轴，并再次旋转方位轴到一定角度，加工另一个面，依次完成各个面的加工。

由于横滚和方位两轴结构相似，且控制系统也相似，本文仅以方位轴为例。通过对转台控制系统中执行元件、测量元件及转鼓加工过程中负载特点进行分析，在常规PID校正基础上，确定了电流环和速度环仍采用常规PID校正，而位置环采用模糊PID校正（如图2）。

3 转台模糊PID控制仿真及分析

根据数控转台精度要求，这里选用成都微精电机股份有限公司的永磁直流力矩电机，方位轴电机型号为J110LYX01，则未校正系统的传递函数方框（如图3）。

首先根据工程经验，利用常规PID可以确定出电流环、速度环及位置环PID校正环节。电流环常规PID校正环节：

；

速度环常规PID校正环节：

；

位置环常规PID校正环节：

。

转台模糊PID控制系统设计中电流环和速度环采用上述常规PID校正环节，而位置环则利用了模糊PID控制算法。

（1）转台系统模糊PID结构

控制系统执行时，系统实时依据e和ec的值对PID三个参数修整。转台系统的模糊PID控制结构图4。PID参数调整实际就是对、和根据输入变量进行修正。因此，实际系统中PID参数应为：

（1.1）

模糊推理算法常用的有两种，这里选用Mamdani型。转台模糊PID控制系统中，取e及ec的模糊论域为[-6，6]，模糊控制输出量比例系数、积分系数和微分系数论域取[-6，6]，模糊变量的语言变量为{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}，隶属函数选用三角型函数。

由专家知识经验及模糊PID思想，确定出模糊规则。如表1所示。其语言描述为：If E is Ai and EC is Bi， thenis Ci，is Di， and is Ei.

转台系统模糊PID仿真图如图1.5所示，subsystem如图6所示。

下面研究模糊PID与常规PID抗干扰能力，在同样的系统干扰作用下，它们的阶跃响应如图7。从中可以看出，在同样的干扰作用下，模糊PID控制比常规PID具有更高的稳态精度，同时，系统的响应速度也快。当有负载作用时，系统的阶跃响应如图8。当系统中突加负载作用时，模糊PID控制稳定性几乎不发生改变，而常规PID发生了较大的变化。

4 结论

根据对二维数控转台伺服系统仿真分析结果。表明在转鼓加工中系统参数发生变化及存在非确定性因素时，转台系统采用模糊PID相对采用常规PID具有如下优点：（1）在同样的干扰作用下，模糊PID控制抗干扰能力强；（2）模糊PID响应速度比常规PID快；（3）当系统参数变化时，模糊PID输出比较稳定。

基于模糊PID控制的优点，本文的研究为高精度转鼓加工奠定了理论基础。

参考文献

[1]谢启明，李茂忠，陈俊其，等.锗晶体二维转鼓单点金刚石飞切工艺的研究.新技术新工艺，2009（03）：22-24.

[2] Konstantions G.Papadopoulos， Nikolaos I.Margraris. Extending the Symmetrical Optimum criterion to the design of PID type-p control loops. Journal of process Control，2012，22：11～25.

[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]Xie Dong，Zhu Jian-qu，Wang Feng.Fuzzy PID Control To Feed Servo System of CNC Machine Tool.Procedia Engineering，2012，19：2853-2858.

[5]曾光奇，胡均安，王东，等.模糊控制理论与工程应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.

[6]Ying Wu，Hang Jiang，Min Zou.The Research on Fuzzy PID Control of the Permanent Magnet Linear Symchronous Motor.Physics Procedia，2012，24：1311-1318.