[发明专利]一种比例积分滑模面的数控机床用模糊滑模位置控制方法

说明书

本发明公开一种比例积分滑模面的数控机床用模糊滑模位置控制方法，首先，对机械数控机床非线性系统进行分析，提取实际反馈值θ，得到期望值θsubgt;d/subgt;的位置误差e(t)；然后设计比例积分滑模面切换函数，将滑模控制中的切换函数s(t)作为模糊系统的输入；进一步地对模糊控制器进行设计，采用重心算法，将系统进行反模糊化，得到模糊控制器输出u(t)；最后将机械数控机床位置控制器的位置输出信号u(t)输入数控系统，机械数控机床系统输出的位置角度反馈至输入端。本发明将基于比例积分滑模面的模糊滑模控制替代传统的PID伺服控制系统，提高了对位置的跟踪精度和响应性能，满足运动控制系统中高速、高精度、输出功率大的控制要求。

技术领域

本发明涉及一种比例积分滑模面的数控机床用模糊滑模位置控制方法，属于机械数控机床位置控制领域。

背景技术

机械数控机床是制造业的基础，国家发展振兴的战略基础，而数控装置是数控机床中的核心组成部分，决定数控机床的功能和性能。随着制造业的蓬勃发展，对数控装置的技术指标、综合性能以及可靠性等方面提出了更高的要求，同时也促进了数控装置技术指标和综合性能监测水平的发展。在国家大力发展国产数控装置的发展和数控装置的研发的背景下，迫切的需要提升数控装置的控制性能。

在数控装置中控制系统易出现故障，导致故障的主要原因是数控系统中电机及齿轮自身的非线性特性，致使系统自身参数值发生偏移，从而导致加工出来的工件精度低，无法使用。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种比例积分滑模面的数控机床用模糊滑模位置控制方法，将具有比例积分的滑模面的模糊滑模控制应用于机械数控机床位置控制中，提升加工精度，消除人为失误对产品质量的影响，改善生产条件，提高工业生产效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种比例积分滑模面的数控机床用模糊滑模位置控制方法，包括以下步骤；

步骤一：首先机械数控机床非线性系统进行分析，提取机械数控机床位置的实际反馈值θ，得到与机械数控机床的位置期望值θ_d的位置误差e(t)；

步骤二：设计比例积分滑模面切换函数，将滑模控制中的切换函数s(t)作为模糊系统的输入；

步骤三：对模糊控制器进行设计，包括根据经验构造模糊规则库，大大减少模糊规则的数量；采用重心算法，将系统进行反模糊化，得到模糊控制器输出u(t)；

步骤四：将机械数控机床位置控制器的位置输出信号u(t)输入数控系统，机械数控机床系统输出的位置角度反馈至输入端。

优选的，所述步骤一中的位置误差e(t)计算方法为：

根据系统的输入与输出数据为依据辨识控制系统的结构、参数与模型，以此得到的位置伺服系统模型，模型表达式为：

θ(k)＝f[θ(k-1),θ(k-2),…θ(k-n),θ_d(k-1),θ_d(k-2),…θ_d(k-m)]   (1)

式中，θ为系统位置角度输出；θ_d为系统位置角度指令输入；n为系统阶次；m为输出阶次；k为位置环参数；其中，式(1)中的f为输入输出方程θ(k)的宏观定义函数；

同时进行时间序列离散化处理，得到式(1)的差分方程表达式：

式中，a_i与b_j均为辨识的模型参数，其中i为[1,n]中的整数,j为[1,m]为中的整数；

通过上述的模型结构、参数进行辨识，可将网格搜索算法和递推最小二乘法进行结合辨识控制系统的模型结构与参数最终可得到机械数控机床位置伺服系统的数学模型；机械数控机床控制位置角度二阶导数可表示为：