1 前言

　　近些年我國的工業(yè)生產(chǎn)水平有著非常大的進步，特別是印刷包裝以及電子技術(shù)行業(yè)，相較于世界發(fā)達國家，在很多方面已經(jīng)大大縮短差距。模切板（又稱刀模）是數(shù)控系統(tǒng)中的重要組成部分，全自動電腦數(shù)控折彎機床的出現(xiàn)促使刀模生產(chǎn)效率和加工精度有了長足進步。隨著工業(yè)生產(chǎn)水平及質(zhì)量要求的不斷提高，國內(nèi)對高端電子設(shè)備的需求將不斷擴大，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)前國內(nèi)已經(jīng)有很多廠家和研究機構(gòu)開展折彎機床設(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)控折彎機床系統(tǒng)的加工涉及內(nèi)容很多，所以其加工過程非常復(fù)雜繁瑣，加之薄壁件自身特性以及機床系統(tǒng)傳送機構(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)控折彎機床加工控制中難以得到充分利用。針對時變、非線性、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、實時性，在實際使用時不需要構(gòu)建精確數(shù)學(xué)模型，這對于數(shù)控折彎機床系統(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 軸步進量、X 和 Y 軸步進量變化率、薄壁件進給加速度、薄壁件彈性系數(shù)等。

　　（1）數(shù)控折彎機床控制原理。其運動系統(tǒng)是由工作臺臺板、控制 Y 軸刀頭、機架、控制 X 軸刀頭等幾部分組成。在實際控制過程中，①要將刀頭歸置坐標(biāo)原點處，也就是說刀頭中心位置是按照 X 軸來運動的。對于薄壁件加工，我們可以通過系統(tǒng)軟件設(shè)定不同的送料速度和加速度，以滿足不同工業(yè)加工要求。②刀頭在坐標(biāo)系中的運動軌跡和步進量是由數(shù)控系統(tǒng)控制的，系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)以脈沖的形式通過處理器發(fā)送出來，正向脈沖輸送至 X 軸插補信號中，正負脈沖輸送至 Y 軸。③正向脈沖主要是用來控制薄壁件左向折彎，負向脈沖主要是用來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變、非線性、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，是因為：①模糊控制理論魯棒性強。在實際工業(yè)生產(chǎn)控制中，該理論可以盡可能將參數(shù)變化和干擾對控制系統(tǒng)的影響降至最低，把傳統(tǒng)系統(tǒng)中可能遇見的時變、非線性等問題有效解決；②模糊控制理論是基于規(guī)則而研究出的控制理論，通過模糊集合算法將實際工業(yè)生產(chǎn)控制人員長期工作經(jīng)驗和專家知識進行總結(jié)，形成可以用于計算機識別的語言型控制規(guī)則。這種設(shè)計理念不需要進行被控對象數(shù)學(xué)模型的精確構(gòu)建，從而大大簡化了控制策略和控制機理的設(shè)計過程，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際工業(yè)生產(chǎn)控制人員長期工作經(jīng)驗和專家知識總結(jié)出的計算機語言。這種算法由于帶有人為因素，在一定程度上會降低系統(tǒng)控制性能，但從另一方面講，這種設(shè)計有提高了人工

　　控制技術(shù)，提高了系統(tǒng)實用性；④模糊控制理論使用語言變量來描述系統(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)部識別，更加有利于系統(tǒng)升級。

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

　　去模糊化處理：推理機所給出的信號必須經(jīng)過轉(zhuǎn)化才能作為被控對象的輸入，所以去模糊化處理之后的信號將直接傳輸給執(zhí)行機構(gòu)，由它來直接控制被控對象。

　　任何一次模糊控制過程就是這三個環(huán)節(jié)相互作用的結(jié)果，這期間只需要重點分析隸屬度函數(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輸送至被控對象。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態(tài)系統(tǒng)的模糊模型學(xué)術(shù)上又稱其為 T-S 模型。早起這種模型主要用于非線性系統(tǒng)辨識方面，隨著模型的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，逐漸用于控制非線性系統(tǒng)。與 Mamdani 模糊模型相比，該模型均使用了模糊語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已經(jīng)是模糊的，就是根據(jù)輸入信號給出的一個線性方程，而 Mamdani 模糊模型所使用的前件部分則不是模糊的。T-S 模型每個子系統(tǒng)就是一個“如果-則”模糊規(guī)則，所有的子系統(tǒng)經(jīng)過線性組合后形成整體模糊系統(tǒng)。如果被控對象后件是非模糊的，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。該模糊模型的語言變量中，前件和后件均是模糊的，但推理機既可以輸入模糊信息，又可以輸入精確信息。不過經(jīng)過 Mamdani 模糊模型系統(tǒng)輸出的信息都是模糊集合。這種模型在使用過程中最大的不足之處是不能應(yīng)用于復(fù)雜非線性系統(tǒng)，只能夠依靠研究人員經(jīng)驗和技術(shù)人員推理，在一定程度上無法保證系統(tǒng)統(tǒng)一性。特別是對于變量多且耦合關(guān)系復(fù)雜的系統(tǒng)而言，利用Mamdani 模糊模型實現(xiàn)控制更加困難。

3 數(shù)控折彎機床系統(tǒng)模糊控制器的研究

　　數(shù)控折彎機床系統(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，在時變性、非線性、多參數(shù)耦合等易變參數(shù)之后，薄壁件折彎加工過程將難以確定科學(xué)合理簡單的數(shù)學(xué)模型。數(shù)控折彎機床系統(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，以系統(tǒng)控制信息和運動狀態(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 X/Y 軸電極控制傳動后完成薄壁件加工。數(shù)控折彎機床系統(tǒng)模糊控制器原理圖。