1 前言

　　近些年我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)水平有著非常大的進(jìn)步，特別是印刷包裝以及電子技術(shù)行業(yè)，相較于世界發(fā)達(dá)國(guó)家，在很多方面已經(jīng)大大縮短差距。模切板（又稱(chēng)刀模）是數(shù)控系統(tǒng)中的重要組成部分，全自動(dòng)電腦數(shù)控折彎?rùn)C(jī)床的出現(xiàn)促使刀模生產(chǎn)效率和加工精度有了長(zhǎng)足進(jìn)步。隨著工業(yè)生產(chǎn)水平及質(zhì)量要求的不斷提高，國(guó)內(nèi)對(duì)高端電子設(shè)備的需求將不斷擴(kuò)大，而且朝著高速、高精度的方向發(fā)展，迫切需要數(shù)控技術(shù)精準(zhǔn)化高速化。雖然當(dāng)前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多廠(chǎng)家和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展折彎?rùn)C(jī)床設(shè)備的研發(fā)與制造，但其中核心關(guān)鍵技術(shù)一直被歐美一些企業(yè)所壟斷，國(guó)內(nèi)想要在這些方面形成突破十分存在著較大困難。

2 模糊控制算法

　　數(shù)控折彎?rùn)C(jī)床系統(tǒng)的加工涉及內(nèi)容很多，所以其加工過(guò)程非常復(fù)雜繁瑣，加之薄壁件自身特性以及機(jī)床系統(tǒng)傳送機(jī)構(gòu)加速度、環(huán)境溫度、伺服器的響應(yīng)速度等因素影響，使得很多控制理論在數(shù)控折彎?rùn)C(jī)床加工控制中難以得到充分利用。針對(duì)時(shí)變、非線(xiàn)性、多參量耦合等因素而研究處的模糊控制理論是當(dāng)前在該系統(tǒng)加工領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，反應(yīng)效果最好的。模糊控制理論的魯棒性能較好，而且具有較廣泛的適用性、實(shí)時(shí)性，在實(shí)際使用時(shí)不需要構(gòu)建精確數(shù)學(xué)模型，這對(duì)于數(shù)控折彎?rùn)C(jī)床系統(tǒng)而言非常有利。模糊控制系統(tǒng)中所涉及參數(shù)主要有 X 和 Y 軸步進(jìn)量、X 和 Y 軸步進(jìn)量變化率、薄壁件進(jìn)給加速度、薄壁件彈性系數(shù)等。

　?。?）數(shù)控折彎?rùn)C(jī)床控制原理。其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是由工作臺(tái)臺(tái)板、控制 Y 軸刀頭、機(jī)架、控制 X 軸刀頭等幾部分組成。在實(shí)際控制過(guò)程中，①要將刀頭歸置坐標(biāo)原點(diǎn)處，也就是說(shuō)刀頭中心位置是按照 X 軸來(lái)運(yùn)動(dòng)的。對(duì)于薄壁件加工，我們可以通過(guò)系統(tǒng)軟件設(shè)定不同的送料速度和加速度，以滿(mǎn)足不同工業(yè)加工要求。②刀頭在坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)軌跡和步進(jìn)量是由數(shù)控系統(tǒng)控制的，系統(tǒng)會(huì)將數(shù)據(jù)以脈沖的形式通過(guò)處理器發(fā)送出來(lái)，正向脈沖輸送至 X 軸插補(bǔ)信號(hào)中，正負(fù)脈沖輸送至 Y 軸。③正向脈沖主要是用來(lái)控制薄壁件左向折彎，負(fù)向脈沖主要是用來(lái)控制薄壁件右向折彎。

　　（2）模糊控制理論。模糊控制理論主要是用于時(shí)變、非線(xiàn)性、多參數(shù)耦合等參數(shù)系統(tǒng)控制中，而且在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)控制中應(yīng)用非常廣泛。該理論之所以適用性較強(qiáng)，是因?yàn)椋孩倌：刂评碚擊敯粜詮?qiáng)。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)控制中，該理論可以盡可能將參數(shù)變化和干擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響降至最低，把傳統(tǒng)系統(tǒng)中可能遇見(jiàn)的時(shí)變、非線(xiàn)性等問(wèn)題有效解決；②模糊控制理論是基于規(guī)則而研究出的控制理論，通過(guò)模糊集合算法將實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)控制人員長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)家知識(shí)進(jìn)行總結(jié)，形成可以用于計(jì)算機(jī)識(shí)別的語(yǔ)言型控制規(guī)則。這種設(shè)計(jì)理念不需要進(jìn)行被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的精確構(gòu)建，從而大大簡(jiǎn)化了控制策略和控制機(jī)理的設(shè)計(jì)過(guò)程，使得該理論的應(yīng)用范圍大大增加；③模糊控制理論所使用的控制算法是基于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)控制人員長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)家知識(shí)總結(jié)出的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。這種算法由于帶有人為因素，在一定程度上會(huì)降低系統(tǒng)控制性能，但從另一方面講，這種設(shè)計(jì)有提高了人工

　　控制技術(shù)，提高了系統(tǒng)實(shí)用性；④模糊控制理論使用語(yǔ)言變量來(lái)描述系統(tǒng)輸入輸出量，相較于傳統(tǒng)數(shù)學(xué)變量而言，更加有利于在系統(tǒng)內(nèi)部識(shí)別，更加有利于系統(tǒng)升級(jí)。

　　模糊化處理：該部分在系統(tǒng)中承擔(dān)任務(wù)是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)模糊語(yǔ)言變量值，然后在傳輸給推理機(jī)進(jìn)行下一步處理。這里轉(zhuǎn)換后的模糊語(yǔ)言變量值是由相對(duì)應(yīng)隸屬度來(lái)直接定義的，以達(dá)到系統(tǒng)對(duì)變量值的要求。推理機(jī)：該部分主要承擔(dān)控制規(guī)則的給出，通過(guò)分析系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，以確定其對(duì)應(yīng)的控制規(guī)則，從而確定被控對(duì)象的輸入，它在系統(tǒng)中起到承前啟下的作用。

　　去模糊化處理：推理機(jī)所給出的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化才能作為被控對(duì)象的輸入，所以去模糊化處理之后的信號(hào)將直接傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由它來(lái)直接控制被控對(duì)象。

　　任何一次模糊控制過(guò)程就是這三個(gè)環(huán)節(jié)相互作用的結(jié)果，這期間只需要重點(diǎn)分析隸屬度函數(shù)的具體形式，然后將函數(shù)模糊化即可。之后研究人員或者專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員根據(jù)模糊化后的隸屬度函數(shù)分析推理出相關(guān)結(jié)論，并利用適當(dāng)方法將推理得出的信號(hào)輸送至被控對(duì)象。模糊控制發(fā)展至今，已經(jīng)形成了多種用于控制的模糊模型，但應(yīng)用最為廣泛最有效的是 Takagi-Sugeno (T-S) 和 Mamdani兩個(gè)模糊模型。Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型是由日本高木（Takagi）和杉野（Sugeno）在 1985 年提出的，這種模糊模型屬于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模糊模型學(xué)術(shù)上又稱(chēng)其為 T-S 模型。早起這種模型主要用于非線(xiàn)性系統(tǒng)辨識(shí)方面，隨著模型的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，逐漸用于控制非線(xiàn)性系統(tǒng)。與 Mamdani 模糊模型相比，該模型均使用了模糊語(yǔ)言變量描述被控制系統(tǒng)前件部分，區(qū)別在于該模型所使用的前件部分本來(lái)已經(jīng)是模糊的，就是根據(jù)輸入信號(hào)給出的一個(gè)線(xiàn)性方程，而 Mamdani 模糊模型所使用的前件部分則不是模糊的。T-S 模型每個(gè)子系統(tǒng)就是一個(gè)“如果-則”模糊規(guī)則，所有的子系統(tǒng)經(jīng)過(guò)線(xiàn)性組合后形成整體模糊系統(tǒng)。如果被控對(duì)象后件是非模糊的，是精確地，那么我們可以將T-S 模型看作是 Mamdani 模糊模型中的一種，以將其當(dāng)做是 Mamdani 模糊模型的補(bǔ)充；而 Mamdani 模糊模型則是一種用于模糊控制系統(tǒng)的邏輯模型，它應(yīng)該是在這一領(lǐng)域應(yīng)用最早的。該模糊模型的語(yǔ)言變量中，前件和后件均是模糊的，但推理機(jī)既可以輸入模糊信息，又可以輸入精確信息。不過(guò)經(jīng)過(guò) Mamdani 模糊模型系統(tǒng)輸出的信息都是模糊集合。這種模型在使用過(guò)程中最大的不足之處是不能應(yīng)用于復(fù)雜非線(xiàn)性系統(tǒng)，只能夠依靠研究人員經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)人員推理，在一定程度上無(wú)法保證系統(tǒng)統(tǒng)一性。特別是對(duì)于變量多且耦合關(guān)系復(fù)雜的系統(tǒng)而言，利用Mamdani 模糊模型實(shí)現(xiàn)控制更加困難。

3 數(shù)控折彎?rùn)C(jī)床系統(tǒng)模糊控制器的研究

　　數(shù)控折彎?rùn)C(jī)床系統(tǒng)不論是結(jié)構(gòu)上還是技術(shù)上都比較復(fù)雜繁瑣，特別是加上薄壁件自身特性和系統(tǒng)傳送機(jī)構(gòu)加速度、環(huán)境溫度、伺服器響應(yīng)速度等因素之后，在時(shí)變性、非線(xiàn)性、多參數(shù)耦合等易變參數(shù)之后，薄壁件折彎加工過(guò)程將難以確定科學(xué)合理簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型。數(shù)控折彎?rùn)C(jī)床系統(tǒng)在模型構(gòu)建上使用最多的就是模型控制理論，該系統(tǒng)中最核心部分就是微處理機(jī)，以系統(tǒng)控制信息和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息作為輸入模糊控制器的輸入，在經(jīng)模糊化、規(guī)則化、去模糊化處理之后，通過(guò) X/Y 軸電極控制傳動(dòng)后完成薄壁件加工。數(shù)控折彎?rùn)C(jī)床系統(tǒng)模糊控制器原理圖。