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加工制造系统是一个时变的非线性动态系统,随着加工技术和生产自动化程度的提高,对加工系统自动控制的鲁棒性能要求越来越高。而传统的基于精确数学模型的控制算法对此类复杂动态系统的控制难于胜任,控制界中有一个比较明显的趋向就是将智能控制与现代控制(或传统控制)方法相结合,使得两种或多种控制算法互补优势,以改善控制性能。
本文在讨论了闭环铣削加工控制系统中的不确定性之后,提出以模糊变结构控制进行加工过程的控制,力图使得切削力尽可能快速、无差、稳定地跟踪设定的期望值。在深入讨论研究了变结构控制抖振产生的机理之后,介绍了一系列削弱或消除抖振的方法,并给出了相应的仿真结果及分析,验证了不能采用连续化来消除抖振的方法,因为那样就会失去变结构控制的“完全鲁棒性”。
在前述研究的基础上,本文提出了基于传统趋近律的加工过程参数自调整模糊变结构控制方法,经过相关的理论分析和仿真实验,结果说明这种方法能够较好地改善变结构控制的抖振,又能完好地保持它的强鲁棒性能。
接着,提出了多参考模糊变结构控制,将现有方法中基于切换函数的大小(即状态向量到切换线(面)的距离)的一维参考扩展为两维参考,改善了模糊控制器的调节性能,以至更好地选择变结构控制的控制量,从而到达削弱抖振的目的。
然后,在总结前述成果的前提下,针对于加工系统条件之下所产生的时间和空间滞后问题,提出了分层多模态变结构.模糊变结构控制。仿真结果表明,这种方法能够有效地将抖振控制在某个较小范围之内而不会有很大的振荡。
针对于目前没有确定指标来衡量抖振强弱的问题,提出借助系统实际输出与其期望值的互熵作为衡量抖振的一个指标。
最后,在XK5140数控铣床上,通过普通微机实现对变工况铣削过程的闭环控制。实验结果与仿真结果相符合,说明本文提出的模糊变结构控制算法对加工过程的控制是有效果的,可行的。
本文首次提出将模糊变结构控制应用于不确定加工系统的控制,并针对变结构控制系统的抖振问题,提出了一系列改善措施,为变结构控制方法应用于复杂加工系统提供了有效的例证。