珩磨机自适应控制方法研究

珩 磨 机 自 适 应 控 制 方 法 研 究
口 赵家黎 口 杨宁都 口 孙珍菊
兰州
米
口 龚
俊
兰州 理 工 大 学 机 电工 程 学 院
７ ０ ５ ３０ ０
摘
要 ： 对珩 磨加 工过 程 多参 数耦 合 程 度 高 、 态 实时性 强 的特 点 ， 过 分 析珩 磨 机 的加 工原 理 和 控 制要 求 ， 立 珩 针 动 通 建
国家重大科技专项 （ 编号：０ ０ Ｘ ４ ０ １ １ １ ２ １Ｚ ０ ００ — ８ ）
收稿 日期 ：０ １ １ ２ １ 年 ２月
机械制造 ５ 卷 第 ５４期 ０ ７
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为 液 压 缸 增 益 ，， 传 感 器 位 移 ／ 压 转 换 系 数 ， 后为 电 Ｍ为 输
信 号 进 行 比较 。 者 之 差 即误 差 信 号 被 放 大 器 放 大 ， 两 产 生 的 信 号 加 给 伺 服 阀 ， 执 行 器 产 生 纠 正 动 作 ［。 使 ３ ］
１２ ＿ 珩 磨 头进 给 运 动 控 制 系统
航 天 航 空 等 领 域 …。随 着 珩 磨 速 度 、 速 度 不 断 提 高 和 加
模 糊 控 制 得 以 实 际 应 用 的关 键 在 于 模 糊 控 制 器 的
设 计 ． 模 糊控 制器设 计 的关键 又在 于模糊 控 制规 则 。 而
在 本 系 统 的 模 糊 控 制 中， 取 模 糊 控 制 器 为 二 维 的 ， 选 即
误 差 信 号 和 误 差 变 化 信 号
对 珩 磨 工 艺 机 理 研 究 的 不 断 深 入 ，对 珩 磨 机 控 制 技 术
进 给 系 统 采 用 多 级 液 压 双 进 给 机 构 ，避 免 了 单 级 进 给 机 构 划 伤 工 件 表 面 的 缺 点 ，还 可 以 满 足 平 顶 网 纹
珩 磨 工 艺 的 要 求 。 分 别 利 用 粗 磨 油 缸 和 精 磨 油 缸 驱 动
主 要 因素 为 复 合 层 数 及 过 盈 量 ， 助 有 限元 软 件 的运 算仿 真 功 能 ， 索 出不 同工 作 条 件 下 具有 最佳 使 用 性 能 的 多层 复 合 借 探
高压缸 的优 化 方 法。 关键 词 ： 切 割机 自增 强 复合 高 压 缸 水 Ａ Ｓ Ｓ 件 有 限 元 优 化 Ｎ Ｙ 软
输 出量 。
ｚ ｏ Ｐ Ｓ ｆ
ｍｆ Ｐ Ｓ Ｚ０ Ｚ０
ｆ Ｐ Ｓ Ｚ０ ｚＤ
Ｐ Ｓ ｚ０ ＮＭ ＮＭ
Ｚ０ ＮＭ Ｌ 舭
Ｎｓ ＮＭ
ＮＭ ＮＭ 舭
ＮＭ ＮＭ ＮＬ ＮＬ
脱
舭
由 模 糊 控 制 校 正 后 的 往 复 运 动 系 统 仿 真 曲 线 如 图
得 珩 磨 加 工 中 控 制 系 统 能 根 据 孔 径 的 大 小 、工 件 材 质
粗 珩连 杆 和精 珩 连杆 的方 式控 制 油 石对 工 件 的 压力 、 挤 压 进 给 ． 通 过 调 整 液 压 比 例 系 统 压 力 的 方 法 对 磨 削 力 精 确 给 定 和 实 时 调 整 ，挤 压 进 给 与 控 速 进 给 的 自动 转 换 可 实 现 提 高 珩 磨 效 率 和 加 工 精 度 的 目的 。
的差 异 、 磨 参 数 等 的变化 ， 动 地 做 出合 适 的调 整 ， 珩 自 减 少 人 为 影 响 因 素 ，提 高 发 动 机 气 缸 套 、 气 缸 体 孔 以 及 工程 机械 中重 要 的液压 缸等精 密偶 件 的加工 质量 。
２ 控 制 系 统 的数 学模 型
２ １ 珩 磨 头 往 复 运 动 控 制 系 统 的 数 学 模 型 ．
积 中 心 法 ” 同 时 将 采 用 Ｍａ ａ ｉ 法 进 行 仿 真 推 理 ， ｍｄ ｎ 方
运 算 。 模 糊 控 制 规 则 如 表 １所 示 。
表 １模 糊 控 制 规 则 表
Ｅ、 Ｅｓ
舭 ＮＭ Baidu NhomakorabeaＮｓ Ｐ Ｍ
在 珩 磨 机 进 给 系 统 中 ，其 控 制 系 统 框 图 与 珩 磨 机 往 复 位 置 控 制 系 统 框 图 相 同 ，在 得 知 各 模 块 的 数 学 模 型 的 前 提 下 ， 可 以 得 到 如 图 ３所 示 的 比 例 阀 控 液 压 缸
１ 珩 磨 机 的 控 制 要 求
珩 磨 加 工 通 常 采 用 一 组 装 配 在 珩 磨 头 体 上 的 油 石 ， 石 沿 径 向 对 工 件 施 加 一 定 的 压 力 ， 通 过 旋 转 运 油 并
动和 往复运 动进 行加 工 。
１１ 珩 磨 头 往 复 运 动 控 制 系 统 ．
入 量 ， ｓ为输 出量 。 ｙ（ ） ２２ ． 珩 磨 机 进 给 系 统 阀 控 缸 数 学 模 型
的性 能 要 求 ．因 此 输 入 和 输 出 量 的 隶 属 函数 采 用 单 值 对 称 交 迭 的 三 角 形 函 数 （ｒｍｆ 。去 模 糊 化 方 法 选 用 “ ｔｉ ） 面
调节 等 ， 定 了珩磨 机 的加工精 度 、 面 质量 （ 糙 度 、 决 表 粗
网纹 质 量 ）加 工 效 率 ， 决 定 了 珩 磨 机 的 技 术 水 平 和 、 也
档 次 。 １为 珩 磨 机 往 复 位 置 控 制 系 统 原 理 框 图 ， 中 图 图
执 行 器 的输 出 由 反 馈 传 感 器 连 续 测 量 ，并 与 指 令 输 人
为 ｛ ＮＬ， ＮＭ ， ＮＳ， Ｏ， ５，Ｍ ， ｝ 由 于 三 角 形 函 数 的 表 Ｚ Ｐ Ｐ 咒 。 示 和计算 简单 明了 ，同时它 也能很 好地 满足 控制 系统
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机械制造 ５ 卷 第５４期 ０ ７
自 增 强 复 合 压 缸 的 参 数 优 化 设 计 ＿ 同 － Ｃ － ｊ
文 献 标 识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ０ ４ ９ （０ ２０ — ０ ３ ０ １ ０ — ９ ８２ １）６ ０４ － ３
珩 磨 加 ￣ ／ 为 一 种 提 高 工 件 尺 寸 、 几 何 形 状 精 度 － ＇ Ｖ 和表 面粗 糙度 的有效 加 工方法 ， 泛应用 在 汽车 制造 、 广
了 １ ３个 数 值 作 为 变 量 的 论 域 ＿。所 以 在 该 模 糊 控 制 系 ６ ］ 统 中 取 Ｅ、 的 论 域 均 为 ［ ６６ ， 模 糊 子 集 都 为 ｛ 一 ， ］其 ＮＬ， ＮＭ ， ＮＳ， Ｏ ， ， Ｚ ， ｝ Ｕ 的 论 域 为 ［ ６６ ， 糊 子 集 。 一 ，］ 模
作 为 模 糊 控 制 器 的 输
入 变 量 ．输 出 变 量 为 伺 服 放 大 器 的 控 制 变 量 。 一 般
地 ． 糊 变 量 取 值 ７个 ， 模 糊 控 制 大 都 采 用 的 标 准 形 模 是
式 Ｍａ ａ ｉ 最 初 的 试 验 中 使 用 的 是 离 散 的 变 量 ， ｍｄ ｎ 在 取
传 递 函 数 框 图 …。
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其 中 ，，为 比 例 减 压 阀 的 固 有 频 率 ， 为 比 例 减 压 （ ｃ 阀 阻 尼 系数 ， Ａ。为 液 压 缸 活 塞 有 效 面 积 ， 为 外 负 载 ｍ 质 量 ， 为 流 量 一 力 系 数 ， 传 感 器 的 位 移 ／ 压 转 压 ｋ为 电 换 系 数 ， 。 位 移 放 大 器 增 益 ， 为 电 压 放 大 器 增 益 。 ｋ 为 ｋ ｋ 为 系 统 开 环 增 益 ，。 外 负 载 刚 度 ， Ｂ 为 ｒ为 输 入 量 ， 为 ｙ
中 圈 分 类 号 ：Ｈ１３ Ｔ ２
文 献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ０ ４ ９ （ １）６ ０４ － ３ １ ０ — ９ ８２ ２０ — ０ ５ ０ ０
行 切 割 、 碎 和 清 洗 等 。 据 水 射 流 切 割 的 工 作 原 理 可 破 根
７所 示 。
３ 智 能模 糊 控 制分 析
将 上 述 数 学 模 型 在 Ｓ ＭＵＬ ＮＫ 中 仿 真 ， 所 得 曲 线 Ｉ Ｉ
如 图 ５、 ６所 示 。 从 图 可 知 ， 往 复 运 动 系 统 中 ， 真 曲 在 仿 线有振 荡 。 消除振 荡 ， 文采 用模糊 控制 对原 系统作 为 本 校 正 。 模 糊 控 制 是 基 于 模 糊 集 合 理 论 、 糊 逻 辑 ， 同 模 并 传 统 的 控 制 理 论 相 结 合 ， 拟 人 的 思 维 方 式 ， 难 以 建 模 对 立 数 学 模 型 的 对 象 实 施 的 一 种 控 制 方 法 ［ 在 模 糊 控 。 制 中 ， 需 要 建 立 精 确 的数 学 模 型 就 可 以 实 现 控 制 ， 不 由 于 液 压 控 制 系 统 存 在 非 线 性 和 外 负 载 干 扰 等 对 其 影 响 较 大 的 因 素 ， 立 其 精 确 的 数 学 模 型 比较 困 难 ， 模 糊 建 而 控 制 的 优 点 正 好 可 以 应 用 在 液 压 控 制 系 统 中 。 智 能 模 糊 控 制 的 基 本 结 构 如 图 ４所 示 ， 它 是 模 糊 系 统 辩 识 和 模 糊 控 制 的结 合 ． 有 一 定 的适 应 变 化 的 能 力 。 具
如 图 ｌ所 示 ， 据 各 环 节 的 传 递 函 数 ， 获 得 向 下 根 可 运 动 伺 服 阀 控 制 液 压 缸 位 置 反 馈 控 制 系 统 的 传 递 函 数
框 图 如 图 ２所 示 ＿ ４ 。
其 中 ， 。为 伺 服 放 大 器 增 益 ， 伺 服 阀 固 有 频 ０ 为 ９ 率 ， 为 伺 服 阀 阻 尼 系 数 ， 为 伺 服 阀 的 静 态 流 量 增 益 ，＾ 液 压缸 的 固有 频 率 ， 为 液压 缸 阻尼 系 数 ， ０ 为 ３ ＾
提 出 更 高 的 要 求 ， 而 现 在 珩 磨 加 工 过 程 中 高 精 度 的 网
纹 参 数 工 艺 设 计 与 诊 断 完 全 由 操 作 人 员 把 握 和 控 制 调 节 。 磨 网 纹 的 加 工 质 量 很 大 程 度 上 取 决 于 操 作 人 员 珩 技 能高 低［ 。 为 此 ， 文 开 展 珩 磨 机 自适 应 控 制 方 法 的 研 究 ， 本 使
珩 磨 机 主 轴 往 复 换 向 运 动 是 珩 磨 机 控 制 的 关 键 控 制 环 节 。珩 磨 机 的 主 轴 往 复 运 动 速 度 、 向 位 置 精 度 、 换 往 复 速 度 的 恒 定 、 向加 速 度 的 大 小 、 适 应 区 域 修 磨 换 自
以及 多 级 液 压 双 进 给 机 构 对 磨 削 力 的 优 化 给 定 和 精 确
磨 机往 复 运 动和 进 给运 动 的数 学模 型 ， 出 自适应 控 制 策略 ， 采 用 Ｓ Ｍ Ｌ Ｎ 提 并 Ｉ Ｕ Ｉ Ｋ对 所 建 立模 型和 控 制 策略 进 行仿 真 验证 。 关 键 词 ： 磨 自适 应 控 制 Ｓ Ｍ ＵＮ 珩 ＩＵ Ｋ
中图 分 类 号 ：Ｇ ８ ． Ｔ ５ ０６ ７
口 汤多良 ・ 口 周庆宏 ：
安徽淮南
口
梁海珍 ｚ
１淮南职业技术学院 ．
２ ２０ ３０ １
２ 安徽 理 工 大 学 安 徽 淮 南 ．
２ ２ ０ ３０ １
摘
要 ： 于 水切 割 机 自增 强 多层 复 合 高压 缸 的结 构 、 造 工 艺及 设 备特 点 的分 析 与 研 究 ， 出影 响 其性 能和 质 量 的 基 制 得