自适应系统在数控机床中的应用和发展

　　随着集成电路技术的迅速发展和人们对加工效率与加工质量要求的日益提高．在生产加工的过程当中需要加以控制的过程或对象也就日趋复杂．此外加工过程和加工对象所处的环境也有多变的趋势，许多过程都其有显著的非线性和不确定性，经典的反馈控制技术对了二此类过程显得无能为力。近年来，随着科学技术的不断发展和社会的不断进步，出现了一种新型控制技术——自适应控制技术。智能控制技术是生产工程韵前沿技术，智能自适应数控加工是智能自适应控制技术的分支技术．如果数控加工技术能够迈向更高的层次，自适应数控技术是数控加工技术发展的必然选择。

1 自适应系统在数控机床中的应用

　　1.1 “自适应加工”技术——零件快速装夹新概念

　　“自适应加工”是在近30年的加工和检测经验基础上推出的一个新的零件快速装夹的解决方案。通过4自适应加工”解决方案可以帮助机床操作人员在几分钟内快速准确地进行工件的重复装夹定位，将工件的加工余量与数控加工刀路对齐，而以往则需要几个小时．因而能为机械加工过程节省大量生产成本，缩短重复装夹时间，减少机器空闲时间、提高成品率，大大提升现有的生产力。“自适应加工”简化了工序，还可以在加丁前对未知毛坯形状进行判断和对零件进行修复。

　　1.2 层切法中自适应刀轨规划方法

　　在已有的粗加工方法中，南于“型面加工”方法机构复杂，且在加工中存在大量的空走月现象，园而切削效率低。目前，层切法是等高面法中较为有教的一种方法。由于层切法在模其粗加工具有粗加工后余置小、速度快、对数控机床的性能要求较低等优点，应用层切法进行模具加工已经成为模具数控粗加工的热点方向，但在目前所提出的方法都是关丁模型分层及刀位轨迹生成的方法。在如何减少粗加工余量和缩短加丁周期方面则缺乏更涤入的研究。另外，目前已有柏计算机辅助南Ⅱ造软件．在模具粗加工上也缺少刀轨优化方面的内容。

　　1.3 高速数控加工速度的自遭应控制

　　随着训算机训算速度的提高和升放式CNC系统的发展，现代数控系统的功能越来越丰富，一些相对复杂的自适应算法相继在数控加工系统中得到应用，从而使得数控加工速度和精度也在不断的提高。机床在高速的运行过程中，要求数控系统对机床进行平滑的控制，以避免产生较大的冲击而影响零件的加工质量．保护机床的避给系统。多程序段运动速度的平滑处理能有效地减少加工时对机床产生的冲击，提高数控加工的速度和加工精度。

2 自适应数控的国内外研究概况及发展动态

　　2.1 智毹直适应数控的国外研究概况疑发屣动态

　　自适应控制最初是由于飞机飞行自动驾驶的需要而发展起来的，当时的自适应控制系统以变增益导航仪为代表，其主要目的是减少飞行事故。自适应控制系统包括模型参考自适应控制和自校正控制两个分支。模型参考白适应控制足由美国MIT的Wither教授于19s8年首先提出来的，称之为MIT方案；这是’种基f局部参数摄优理论的设计方法，为自适应控制理论向实际应用过渡迈出了重要一步。但该方法存在一个严重问题，即不能保证其稳定性。1966年Parks 首先利用李亚普诺夫稳定性理论设计模型参考自适应系统。1958年Kalman首次提出了自校正思想，首次使用最小二乘估计CARMA模型的参数，然后计算最优控制器参数。1970年Peterka改进了KaIman的方法．可直接估计控制器参数。1973年Astrom和Twittcnmark从理论上证明了自校正稠节的最小方差性质，并提出了简单的计算方法，奠定了STR的基础。1975年Ctam和Gawthrop又引入广义最小方差目标，在目标函数中引入加权控制项，解决了非最小相位控制间厢，将STR扩展为臼校正控制器(STC)。1977年Aostrom等论证了STR的收敛性、稳定性和渐近性。在此基础上，1979年Wellstead，1980年Aostrom和Wittenmark又相继提出了零极点配置STR和STC。

　　自适应控制经过40多年的发展．无论足在理论上还垦在应用上都取得了很大的进展．特别是近年来，由于计算机技术的迅速技展．超大规模集成IC、单片微处理器制造技术的快速进步，为自适应控制技术的实际应用创造了有利条件。白适应控制不但在飞机控制，导弹控制、过程控制、电力拖动等方面得到广泛应用，蚓样也在金属工艺加工过程得到广泛的应用．并且取得了很好的被果。

　　2.2 国内智能自适应数控技术的研究动态

　　我国对智能自适应数控加工技术的研究开发起步较晚。1979年清华丈学在国内率先对铣削过程的功率约束自适应控制进行了试验性研究。1980年上海交通太学对以扭矩为约束茸标的数控车削自适应控制进行了试验研究。1983年北京航窜航天大学研制出铣床的微机自适应数控系统，该系统町根据实测的辛轴电机电枢电流来确定主轴力矩。1989年西安交通大学研制了用TP 801单扳机作为自适应控制器的恒功率、恒扭矩的最优自适应控制系统。1993年哈尔滨工业大学对钻床和铣床的恒功率自适应控制系统进行了较系统的分析，并研制出一套实用的功率检测系统。1998年华中理丁大学研制成功恒切削的自适应数控铣削加工系统，该系统充分利用智能控制论对时变非线性系统建模的局限性，为智能自适应敬控加工前实孺亿提供了理论途径， 但凌研究成果目前存在一个致命弱点，即测打传感器对加工工件尺寸及切削山的要求非常严格而且所用测力传感器造价昂贵。

3 智能自适应加工存在的问题

　　(1)构成部件价格昂贵

　　目前在智能自适应数控研究中采用的测力装置测力仪主要依赖进口，价格卜丹昂贵。

　　(2)信号的灵敏度不够

　　信号的不敏感性和滞后性给信号的分析处理带来了』定难度，这有待于利用时间序列的预报控制理论予以解决。

　　(3)自适应算法的适应性不够全面

　　目前的自适应算法的应用研究主要同限了：线性、时不变性和确定性系统(经过简化)，而般情况下，实际机床都是一定程度的非线性(如粘性摩擦)、时变性(如系统增益随加工时间变化)和不确定性，因此简化后的自适应算法无法达到实际的加工控制要求。

　　(4)实时性控制问题

　　外挂式的自适应控制系统可利用附加的微机进行并行计算．在实时性}不存在障碍：但数控系统的智能白适应控制由于信号分析以及控制优化都将占用插补时间，因此需要解决其实时性问题。

4 结束语

　　随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高，应用自适应控制技术在数控系统能检澜4过程中些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。我们应该依据成熟的自适应控制理论，进一步研究适用数控系统，特别是高速数控的集成自适应控制系统是数控系统自适应控制真正走向实用的重要保证