数控机床用智能伺服系统的设计

　　通过Simulink仿真可以发现位置调节器比例增益是。对系统性能影响较大。对于一个确定的数学模型，应在保证系统稳定和不超调的情况下，尽可能的取大的位置环增益k_p，以提高系统的加工轮廓精度和动态响应速度。但是由于耦合性、非线性、负载扰动等的影响，直线交流伺服电动机的模型参数发生变化，系统不再保持原有的良好性能。例如：当负载质量增大，原系统的响应速度变慢，且容易出现超调。为了提高系统的适应性，位置调节器采用基于模糊控制理论设计的自调整参数的PID控制器(图3)，从而实现过程的自适应控制。

　　4.1 位置调节器比例增益k_p自整定原则

　　模糊自整定位置调节器比例增益控制器是利用模糊理论建立位置比例增益变化△尼。与控制偏差e和偏差的变化率ec间的二元关系，并根据输人e和ec自整定控制器的参数△kp(如图4)，再用△尼。来修正kp。实际应用中，模糊推理过程通过查表来实现。

　　针对不同的控制偏差e和偏差的变化率ec，归纳出△kp的整定原则：

　　4.2 模糊规则表的建立

　　自适应模糊控制器采用e和ec为输人语言变量，△愚。为输出语言变量，e和ec、△kp的模糊集均为(NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB)，论域均为(-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6)，隶属函数均为三角函数，表1为本文采用的模糊控制规则。

5 仿真结果与分析

　　Matlab软件中的Simulink模块已成为控制领域解决非线性系统建模、分析的理想工具。本文在Simulink环境中，建立了以直线电机为伺服执行元件的自适应模糊位置控制系统的仿真模型。仿真实验中，本文所采用的直线电机参数为力常数k_f=16.63Nm／A，质量m=20kg，粘滞阻尼系数B=10-5N.S／m，电枢电阻R_a=7.7Ω，电枢电感L_a=2.94mH，电枢时间常数T₁=0.38ms，机械时间常数T_m=0.012ms，电流环比例增益K_pi=1200，速度环滤波时间常数T_σv=800肛s速度环比例增益K_v=1200，积分时间常数τ=0.126s。

　　图5(a)为传统比例位置控制和模糊控制下，当负载为13kg时，系统的阶跃响应曲线。图5(b)为传统比例位置控制和模糊控制下，当负载为17kg时，系统的阶跃响应曲线。从图5(a)和图5(b)都可以看出，模糊控制下的系统响应速度比传统比例位置控制下的系统响应快，从图6还可以看出，负载增大后，传统比例位置控制下的系统响应已经出现了超调，而模糊控制还没有。既要响应快，又要没超调，这在传统比例控制下是做不到的，但模糊控制做到了。同时当负载超过17kg，传统比例位置控制系统已不能适应，而模糊控制还能适应，这也反映模糊控制系统的适应性增强。

图5传统比例位置控制和模糊控制阶跃响应比较

6 结语

　　本文设计直线电机进给系统的模糊控制器，其算法简单易于实现。通过仿真结果表明，该智能高速进给控制器提高响应速度的同时，改善了系统的适应能力。能够适用于高速数控机床进给伺服系统。