[发明专利]基于模糊自适应力控制的恒力自动打磨装置及方法

权利要求书

1.基于模糊自适应力控制的恒力自动打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过位置传感器对工件坐标进行标定，缓慢移动x轴，当打磨设备碰到工件，一维力传感设备会产生一个阶跃信号，检测出这个阶跃信号和伺服电机编码器的读数，计算出运动机构坐标与工件坐标之间的转换关系；

2)读取不同进给深度的力传感器的电压值，估算运动机构和装夹机构的刚度；

3)对打磨过程建模，设计模糊自适应控制器，并初步估算控制器参数；

4)所述模糊自适应控制器的算法通过工控主机编程，给定y轴一个恒定的速度运动，在x轴方向通过力反馈控制磨削力的大小，记录力传感器电压值，不断调整模糊PID参数直到得到较好的恒力磨削效果；

5)以步骤4)所调整的参数作为初始参数，设计模糊自适应控制器；

6)以步骤5)所述的模糊自适应控制器的算法编程并结合运动控制器的运动控制函数，完成模糊自适应PID控制器的设计；

7)工控主机采用位置控制方式控制打磨设备y轴方向匀速运动，采用设计好的模糊自适应控制器控制打磨设备x轴方向的运动，使打磨设备以恒定的力与工件接触；

所述步骤3)具体包括：

步骤31)将磨削过程简化成质量-弹簧-阻尼模型，其动力学方程写成：

$F_d\left(t\right)+F_e\left(t\right)-F_s\left(t\right)=M\stackrel{\·\·}{x}\left(t\right),$

其中质量M是力传感器、连接件、和手持角磨机的总质量，x是x轴方向的位移，F_d为输入的力，F_e为力的干扰，包括伺服系统的干扰和力传感器的干扰，F_s为力传感器的检测力返回值：

$F_s\left(t\right)=B\stackrel{\·}{x}\left(t\right)+Kx\left(t\right),$

其中刚度K是串联刚度，连接件的刚度对K的影响最大，B是系统阻尼，即由力传感器、角磨机产生的阻尼，拉氏变换后消去X(s)得到：

$F_d\left(s\right)+F_e\left(s\right)-F_s\left(s\right)=\frac{{\mathrm{MS}}^2}{BS+K}{F}_s\left(s\right);$

步骤32)设计带滤波器的PID控制器，系统的闭环传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{F_s\left(x\right)}{u\left(s\right)}=\frac{{\mathrm{Bk}}_d{s}^3+({\mathrm{kk}}_d+{\mathrm{Bk}}_p)s^2+({\mathrm{Bk}}_i+{\mathrm{kk}}_p)s+{\mathrm{kk}}_i}{A_1{s}^3+A_2{s}^2+A_{3}s+{\mathrm{kk}}_i},$

其中A₁＝M+Bk_d，A₂＝B+k_dk+Bk_p，A₃＝k+k_iB+kk_p；

步骤33)由阻尼比和角频率画出特征方程的根轨迹图，初步确定一组特征方程的根，由分母恒等式就可以估算出一组控制参数k_p、k_i和k_d的值。