模糊控制技术在数控机床中的应用研究

摘要

常规PID控制具有算法简单、高精度和高可靠性等优点，其核心是参数的整定。对于确定性的被控对象通过适当地整定PID参数，可以获得比较满意的控制效果，但对于不确定、大滞后、非线性的复杂系统，则难以整定其参数，因此也比较难以达到预期的控制效果。而模糊控制不依赖于被控对象的模型，适应能力强，但它的稳态精度差。因此，针对常规PID控制和模糊控制的特点，将模糊控制和常规PID控制两者结合起来，构成模糊PID控制器，此类控制器既具有模糊控制灵活、适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点，从而获得理想的控制效果。本文以此为目标，研究将模糊控制和PID控制相结合的智能控制方式及其控制算法。 机床控制系统是数控机床的关键核心部件之一，其性能的好坏直接决定数控设备的整体性能。通常设计进给控制系统时必须满足一定的要求，才能保证进给系统的定位精度和静态、动态性能，从而确保数控机床的加工精确度。目前数控机床向着高速、高效率、高精度和高自动化的方向发展，进给控制系统的设计要求也就越来越高，因此深入研究数控机床进给控制系统的动静态特性，这对数控机床性能的提高具有重要的意义。 本文以典型的数控机床闭环进给控制系统为研究对象，在综合自适应控制、模糊控制以及常规PID控制算法优点的基础上，设计出基于模糊规则切换的智能自适应模糊-PID复合控制器，使得整个控制器能够根据不同的响应阶段和性能指标，自动调整控制参数、自动切换控制算法，以适应数控进给控制系统在不同的工作状态下的动态性能要求。 为了验证所设计的基于模糊规则切换的智能自适应模糊-PID复合控制器的可行性和有效性，文中利用Matlab仿真软件，对该控制器在实际工作过程的各种工况进行仿真分析。实验结果证明，本文研究的基于模糊规则切换的智能自适应模糊-PID复合控制器对数控系统参数变化具有较强的鲁棒性和抗外界干扰能力，能够满足高精度数控系统对零件的加工要求。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章绪论

1.1数控机床的研究背景

1.2模糊控制理论产生背景

1.3模糊控制理论的发展历程

1.4模糊控制的特点

1.5本课题概述

第二章数控机床控制系统基本知识

2.1数控机床的构成及控制原理

2.2数控机床闭环进给控制系统

2.3数控机床控制系统的动态性能分析

2.4数控机床伺服驱动技术应用现状

2.5数控进给控制算法的现状分析

2.6数控进给智能控制算法的提出

第三章模糊控制理论基础

3.1模糊控制技术概述

3.2模糊控制的数学基础

3.3模糊控制的基本原理

第四章模糊控制器的研究与设计

4.1模糊控制系统及模糊控制器的基本组成

4.2模糊控制器的工作原理

4.3模糊控制器的分类

4.4模糊控制器的设计

4.5实现模糊控制的方法

4.6模糊推理软件及开发工具介绍

4.7采用单片机实现数控机床模糊控制的方法

第五章智能自适应模糊-PID复合控制系统的设计

5.1模糊-PID控制系统的研究

5.2智能自适应模糊-PID复合控制器的设计

5.3智能自适应模糊-PID复合控制系统程序的设计

5.4数控机床智能控制系统的构建

第六章基于MATLAB的仿真分析及结论

6.1利用Simulink仿真工具进行仿真实验

6.2实验分析

第七章总结与展望

7.1结论

7.2本文主要的创新工作

7.3对今后研究工作的展望与设想

参考文献

研究生期间撰写的论文