[发明专利]基于模糊PID自整定计算的超精密车床运动控制方法

说明书

本发明公开了一种基于模糊PID自整定计算的超精密车床运动控制方法，涉及超精密切削加工技术领域，它主要包括以下步骤：以车床的直线运动导轨为被控对象，获取该直线运动导轨的预设位置信息与实际位置信息，根据预设位置与实际位置的偏差值及偏差值变化率，采用模糊PID控制算法计算出控制输出量，将该控制输出量输入至控制系统中来控制所述直线运动导轨运动。本发明在模糊PID控制中采用了一种论域参数自整定方法，将其引入到模糊PID控制中，能够实现自主学习并提高超精密车床导轨控制系统的静动态性能，进而达到提高超精密切削加工精度的目的。

技术领域

本发明涉及超精密切削加工技术领域，更涉及运动件高精度控制技术领域，具体而言，涉及一种基于模糊PID自整定计算的超精密车床运动控制方法。

背景技术

超精密金刚石车床(single point diamond turing,SPDT)是超精密加工中的重要设备，常应用于加工具有复杂表面形状或特殊表面形状要求的光学部件，如国防尖端产品陀螺仪，高精度平面镜/透镜，精密仪器以及大功率激光系统中的多种零部件。由于此类零部件的表面形貌和刀具与工件之间的相对运动直接相关，因此，此类零部件的高表面精度和高表面质量就要求超精密金刚石车床导轨的伺服控制系统具有极高的定位精度、极高的响应速度和极小的稳态误差。

目前应用于超精密金刚石车床导轨的主流控制算法是基于UMAC等运动控制器的PID控制算法，然而超精密加工存在非线性等时变因素使得传统的PID控制很难适应由运动位置变化、负载扰动及外界干扰等非线性因素引起的参数摄动及蠕变等，针对此种情况，现有技术中采用了模糊PID控制，即将模糊控制引入到PID参数调节中，来提供控制系统的自适应性，而该模糊PID控制中缺乏自整定，控制效果有限，进而导致超精密切削加工的精度始终不够高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模糊PID自整定计算的超精密车床运动控制方法，该控制方法在模糊PID控制中采用了一种论域参数自整定方法，将其引入到模糊PID控制中，能够实现自主学习并提高超精密车床导轨控制系统的静动态性能，进而达到提高超精密切削加工精度的目的。

本发明的实施例是这样实现的：基于模糊PID自整定计算的超精密车床运动控制方法，主要包括以下步骤：

以车床的直线运动导轨为被控对象，获取该直线运动导轨的预设位置信息与实际位置信息，根据预设位置与实际位置的偏差值及偏差值变化率，采用模糊PID控制算法计算出控制输出量，将该控制输出量输入至控制系统中来控制所述直线运动导轨运动；

其中，通过模糊PID控制算法计算出所述控制输出量的步骤具体为：

采用传递函数建立所述直线运动导轨的控制模型，基于该控制模型设计带前馈的PID控制算法；

基于所述带前馈的PID控制算法，设计模糊PID自整定算法，对该模糊PID自整定算法中的模糊输出量及各个模糊子集的论域范围进行选取，得到输出量的论域分布参数，根据该论域分布参数优化得出所述控制输出量。

进一步地，所述模糊PID自整定算法主要包括：

对所述直线运动导轨的位置偏差e及其变化率ec做模糊化处理，即在论域上定义若干个模糊子集，并规定其隶属函数，进而将清晰输入量转换为模糊输入量；

定义一组模糊控制规则表，用于描述模糊输入量即直线运动导轨导轨的位置偏差e及其变化率ec和模糊输出量即Δk_p、Δk_i、Δk_d的一组“if-then”条件语句关系，并据此确定模糊输出量的所属模糊子集及其对应的隶属度；