基于模糊自整定PID的力控制磨削实验研究.pdf

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1、仪器仪表／检测／监控现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2016年第9期基于模糊自整定PID的力控制磨削实验研究+张铁，胡广，陈首彦(华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510641)摘要：为保证磨削过程中法向磨削力的稳定，建立了基于X-Y数控平台的力控制磨削系统，该系统是一个非线性、时变的实时控制系统。分析了磨削过程的动力学模型并写出其状态方程。根据状态方程设计了模糊自整定PID控制器，用遗传算法整定PID参数，并记录整定过程中的输入．输出数据组，由数据组生成模糊控制规则。用该控制器与普通PID控制器进行了仿真对比，并在仿真过程中加入误差和突变信号以

2、检验控制器的自适应性。在X-Y数控平台上进行了力控制磨削实验研究，结果表明模糊自整定PID力控制磨削方法能减小力波动，提高力控制精度。关键词：力控制磨削；模糊规则；白整定PID中图分类号：TP242．2文献标志码：A文章编号：1671-3133(2016)09珈121—05DOI：10．16731／j．cnki．1671—3133．2016．09．024Experimentresearchonforcecontrolgrindingbasedonfuzzy-PIDZhangTie，HuGuang，ChenShouyan(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngi

3、neering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510641，China)Abstract：Toensuretheconstancyofthenormalgrindingforceintheprocessofautomaticgrinding，aforcecontrolgrindingsys-temisestabhshedbasedonX-YNCplatform，whichisanonlinearandtime—varyingreal-timecontrolsystem．Thekineticmodelofgrindingprocessis

4、analyzedandthestateequationisdeduced．TheFuzzy-PIDcontroHerisdesignedbasedonthestateequation．ThePIDparametersareaajustedbygeneticalgorithmandatthesametimerecordtheinputandoutputdataset．TheFuzzyrulesaregeneratedbasedondataset．ThecontrolleriscomparedwithPIDcontrollerbysimulation．Anelrorandmutationsig

5、nalisjoinedinthesimulationtotesttheadaptabihtyofeachcontroller．Inaddition，anexperimentresearchofforcecontrolgrindingisconductontheX-YNCplatform．Theresultsshowthatthefu=yself-tuningPIDcontrolmethodofforcecontrolgrindingisabletoreducetheforcefluctuationandimprovetheforcecontrolaccuracy．Keywords：cons

6、tantforcegrinding；fuzzycontrol；adaptivePID0引言在磨削加工过程中，磨削力的变化会造成磨削工艺系统的变形和振动，对磨削精度产生影响。根据磨削原理，在特定条件下存在一个最佳磨削力区间，采用该区间的磨削力加工可获得较高的金属切除率、较小的表面粗糙度和较长的砂轮寿命，因此，发展了在磨削过程中使磨削力按预定的数值保持恒定的力控制磨削技术。Domroes等人⋯建立了基于六维力传感器的机器人磨削实验平台，通过实验说明了磨削力的波动会导致材料去除率的波动；文献[2]的实验研究表明法向磨削力变化是磨削系统产生振动的重要原因；为了获得稳定的控制效果，文献[3]通过仿真

7、指出，用模糊控制器对PID参数进行调整可以弥补传统的不足；为了解决传统控制方法中精确建模困难的问题，提出了以自适应控制、模糊控制等为代表的智能控制方法HJ。本文根据对磨削过程的分析，建立磨削过程状态方程模型，为了减少法向磨削力的波动，提出一种模糊自整定PID(Fuzzy—PID)力控制方法，并通过仿真与试验验证了该方法具有良好的动态性能和对环境干扰的适应性。+广东省科技攻关项目(20128090600028)；广东省教育