文 献 综 述

1 课题的研究意义和应用价值

数控机床伺服系统影响数控整个系统的性能，在相当大程度上决定机床的效率和精度。而在数控机床伺服系统这种自动控制系统中，使用诞生于20世纪40年代的PID调节器来实现其自动控制不失为一种经典的运用。可是随着社会的进步和工业的发展，面对许多难以建立精确数学模型的实际工业生产过程和时变性、非线性的系统，常规PID控制器并不能够获得满意的控制效果。随着人工智能技术的发展，将智能计算与传统控制算法结合已成为智能控制研究的热点，出现了许多新型的PID控制器，使得其控制效果超过了常规的PID控制器。在传统伺服控制系统中引入模糊逻辑规则与常规PID结合，形成具有一定自适应的模糊PID，使得控制器同时具有模糊控制灵活而适应性强的优点和PID控制精度高的特点，能够达到对复杂控制系统和高精度伺服系统的良好控制效果。

2 国内外研究现状

近年来国内外机械制造业要求伺服控制向高精度、高速度方向发展，以适应生产的需要。伺服系统一般是按误差控制的系统，传统的方法是采用PID控制。常规PID控制原理简单，容易实现，稳态无静差。因此长期以来广泛应用于工业过程控制，并取得了良好的控制效果。然而，传统的PID控制主要是控制具有确定模型的线性过程，而实际上，大多数工业过程都不同程度地存在非线性、参数时变性和模型不确定性。模糊控制器自 70年代问世以来，已显示出许多优点：鲁棒性好，超调量小，尤其是用于非线性时变及滞后的系统，对于象伺服系统这样运行情况复杂，电机本身又是一个多变量、非线性、强耦合的控制对象，其控制效果往往优于单纯的模糊PID控制。

现代数控机床是一种高效率，高质量，高柔性的制造设备，其伺服系统是以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。为实现复杂加工，提高加工精度，高精度连续加工。数控机床的伺服系统包括主轴驱动单元，进给驱动单元。进给伺服系统完成各坐标轴的进给运动，具有定位和轮廓跟踪功能，是数控机床中要求最高的伺服系统，进给伺服水平是衡量数控档次的标准。

3 知识描述

数控机床进给伺服系统是数控系统的重要组成部分，在一定意义上，伺服系统的静、动态性能，决定了数控机床的精度、稳定性、可靠性和加工效率。基于模糊PID控制的数控机床进给伺服调节器参数的选择是关键，很多场合采用简化模型加经验的方法来确定调节器参数，模型的简化必将给PID参数的整定结果带来误差，同时手工计算繁琐，效率低下。在对数控机床进给伺服系统建模的基础上把手工计算和利用MATLAB对系统进行参数优化结合起来，很好的提高系统参数调节的效率、准确度，为改善和提高数控机床进给伺服系统的性能提供一定的理论依据。数控机床进给伺服系统闭环控制数控机床进给系统一般分为两个部分：一部分是伺服驱动系统，另一部分是机械传动系统。在整个伺服控制三环结构中，以矢量控制的交流伺服电动机(PMSM)驱动，电流环和速度环为内环，位置环为外环。其中，电流环的作用是改造内环控制对象的传递函数，提高系统的快速性，及时抑制电流环内部的干扰，限制最大电流，使系统有足够大的加速扭矩，并保障系统安全运行。速度环的作用是增强系统抗负载扰动的能力，抑制速度波动。

4 课题研究方法

在控制系统里，如果难以获得被控制对象的数学模式，或者被控对象是个比较复杂的非线性，时变而且又有大的滞后系统，一般的PID控制难以达到预期的效果，而模糊控制技术在复杂，大滞后难以建立精确数学模式的非线性控制过程中表现出了优越的性能。模糊控制是以模糊数学为理论基础，他根据实验测得的数据或者工程科技人员的经验概括抽象成一系列的模糊规则，并借助于计算机来完成过程控制的方法。模糊控制具有不依赖被控对象的数学模型，超调小，动态性能好，鲁棒性强等优点，被广泛应用于工业中。模糊控制器的设计有实际测量值的模糊化，构成模糊规则和模糊决策三部分组成。 模糊控制具有良好控制效果的关键是要有一个完善的控制规则。但由于模糊规则是人们对过程或对象模糊信息的归纳，对高阶、非线性、大时滞、时变参数以及随机干扰严重的复杂控制过程，人们的认识往往比较贫乏或难以总结完整的经验，这就使得单纯的模糊控制在某些情况下很粗糙，难以适应不同的运行状态，影响了控制效果。随着控制要求的提高，对于非线性、时滞、时变和难以建立精确的数学模型的复杂对象控制，虽然大多也采用普通的PID控制方法，但是常规的PID参数整定方法却难以满足参数整的的要求。随着专家控制、模糊控制、神经网络和遗传算法等智能控制理论的发展，以及它们在控制非线性、时滞时变等复杂对象上的优势，人们很自然地想到将智能控制和传统的PID控制相结合起来实现其参数的智能整定，由此而产生了专家自整定PID控制器、模糊自整定PID控制器神经网络自整定PID控制器等。基于此，综合模糊控制PID控制的各自优点，提出一种模糊自适应PID控制器，并将其应用于数控机床的进给伺服系统。