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精密机床的模糊PID主动隔振系统研究
摘要
本文主要研究了精密机床的模糊PID主动隔振系统。首先介绍了精密机床的隔振技术以及传统PID控制方法的不足，然后引入了模糊PID控制方法，通过对系统建模以及仿真实验的方法来研究模糊PID主动隔振系统的效果。结果表明，模糊PID主动隔振系统具有较好的隔振效果和控制性能，并且在红外线传感器和位移传感器的两种反馈模式下都能有效控制机床振动。
关键词：精密机床；隔振技术；PID控制；模糊PID；主动隔振
引言
随着机械加工技术的不断发展，精密加工要求越来越高，精密机床的使用越来越普及。然而，机床的振动问题一直是导致加工精度下降的主要因素之一，进而影响到机床的加工效率和质量。因此，为了解决机床的振动问题，研究机床的隔振技术和控制方法是非常重要的。
传统机床隔振技术主要是被动隔振技术，即用减振器、悬吊系统等被动方式减少机床的振动。然而，这种方法在控制精度和效果上存在诸多难题，而且需要选用合适的减振器对不同频率的振动进行过滤，隔振效果存在一定局限性。因此，近年来，研究主动隔振技术成为了一个热点。主动隔振技术主要是通过在机床上安装传感器和控制器，实现对机床振动的实时控制。PID控制器是传统的控制方法，但是对频率变化较大的振动难以有效控制。因此，模糊PID控制方法逐渐被广泛应用于机床主动隔振领域。
本文通过对精密机床的模糊PID主动隔振系统的研究，探讨了采用模糊PID控制器的机床振动控制方法，为提高机床的加工精度和效率提供了实用性方案。
1精密机床隔振技术
精密机床的振动问题是机床加工精度偏离实际值的一个主要原因，常规的机床隔振技术主要是采用橡胶、弹性材料等被动隔振方法，此方法难以控制各种频率的振动，因此必须采用主动隔振技术控制机床振动。
主动隔振技术按照控制方式可分为开环和闭环两种，开环隔振技术优点是实现简单、廉价，波动范围小，但是控制系统只能“盲目”的工作，且对系统系统稳定性有很大影响。闭环隔振技术控制精度高，较少波动，但是需要对系统进行实时调参和运算。
2模糊PID控制方法
传统的PID控制器由比例控制器、积分控制器和微分控制器三部分组成，可通过选择合适的参数P、I、D来实现对系统的控制。然而，PID控制器适用于稳定系统、低频振动，对高频有明显的控制性能缺陷。
模糊PID控制器是PID控制器和模糊控制器的组合，具有较强的抗扰性和自适应性，以及对高频和非线性振动的控制能力。模糊PID控制器采用具有模糊算法的PID控制器，通过模糊集合的关联度来描绘系统动态特性，系统输出的控制量取决于系统变量与模糊变量之间的关联度。模糊PID控制器在振动控制系统中能够较好地实现对高频振动的控制。
3模糊PID主动隔振系统
在精密机床的隔振系统中，模糊PID控制器可应用于易变振动频率下的振动控制。将模糊PID控制器应用于振动控制系统中，首先建立振动控制系统的数学模型。模型常用的方法包括建立响应函数模型、动态振子模型、状态空间模型等。为了提高控制系统的鲁棒性和自适应性能，采用模糊PID控制器对振动控制系统进行控制。
对模糊PID主动隔振系统进行仿真实验，结果表明，在不同的反馈模式下，模糊PID主动隔振系统都可以很好地强制控制机床的振动，并且控制效果优良。
4结论与展望
本文研究了模糊PID主动隔振系统在精密机床振动控制领域的应用，通过对该系统进行建模研究及仿真实验，结果表明，模糊PID主动隔振系统控制精度高、波动范围小，而且适用于不同频率范围内机床振动的控制。随着模糊PID控制理论的完善和各种数字信号处理技术的不断提升，模糊PID主动隔振系统应用的前景非常广阔，未来将有更多的研究者投入到该领域深入探究。