基于卡尔曼滤波改进的模糊PID控制纵向与横向混合磨削方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102166724A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102166724A(43)申请公布日2011.08.31(21)申请号201010613750.8(22)申请日2010.12.30(71)申请人东莞华中科技大学制造工程研究院地址523000广东省东莞市松山湖科技产业园区科技九路1号东莞华中科技大学制造工程研究院申请人华中科技大学(72)发明人邵新宇黄禹张国军李明震郑孟昆(74)专利代理机构广州华进联合专利商标代理有限公司44224代理人谭一兵(51)Int.Cl.B24B1/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称基于卡尔曼滤波改进的模糊PID控制纵向与横向混合磨削方法(57)摘要本发明提供一种通过在纵向切入磨削工艺过程中加入横向磨削方式即通过砂轮与工件之间的横向运动的一种新型混合磨削方式来消除以上因素对加工表面粗糙度质量造成的影响，并将基于卡尔曼滤波改进的模糊PID控制技术应用于磨削运动控制过程以改善控制精度，以提高磨削加工质量。本发明通过增强型卡尔曼滤波算法对模糊PID的约束方程的关键参数进行估计，计算出可以得到系统误差最小的一组数据用于模糊算法的约束方程，根据每次传感器测量到的数据进行数据更新，直到控制过程结束。本发明通过在同等条件下，多次实际零件加工试验，表面粗糙度得到了明显的提高。CN102674ACCNN110216672402166729A权利要求书1/1页1.一种基于卡尔曼滤波改进的模糊PID控制纵向与横向混合磨削方法，其特征在于包括以下步骤：①、选用相对厚度小的砂轮，厚度一般小于工件轴向加工宽度；②、磨削过程中，由光栅尺或编码盘等传感器获取当前砂轮架位置信息，并由本次及上次的位置信息推算出砂轮架移动速度，作为模糊PID算法的两个基本输入e(t)及de，通过卡尔曼滤波优化的模糊PID控制器后进入移动部件控制系统，从目标值及中间过程中信息反馈给卡尔曼滤波算法增强型的扩展卡，卡尔曼滤波算法增强型的扩展卡再优化通过卡尔曼滤波优化的模糊PID控制器，直到实际输出达到目标值；③、通过本发明中的增强型卡尔曼滤波算法对模糊PID的约束方程的关键参数进行估计，计算出可以得到系统误差最小的一组数据用于模糊算法的约束方程中；④、根据输入计算出的偏差及偏差的变化率即：e(t)、de，分别根据以上确认的参数计算出相应的PID算法中的比例P、积分I、微分D的关键参数进行调节；⑤、根据每次传感器测量得到的数据进行数据更新，重新进行步骤②～步骤④，直到控制过程结束；⑥、通过纵向切入磨削方式，根据预设切入量控制砂轮架与工件相对运动分别完成工件法向厚度的磨削过程；⑦、纵向切入式磨削过程之后，通过增加横向磨削方式，以被加工工件轴向长度为基准控制砂轮与工件进行横向相对磨削运动，并保证至少完成一次反复，以避免长期砂轮单方向切入时单面受力而造成砂轮一侧磨损而避免形成砂轮外形的不对称；⑧、根据精度需要对步骤⑥～步骤⑦进行重复，直到达到合格精度的产品。2.根据权利要求1所述的基于卡尔曼滤波改进的模糊PID控制纵向与横向混合磨削方法，其特征在于：所述步骤⑤根据每次传感器测量到的数据进行数据更新，输入值通过传感器测量值更新估计值：然后为更新新一轮估计计算误差协方差：协方差值经卡尔曼滤波算法的工程参数输出：上述工程参数反馈到计算增强型卡尔曼滤波的增益，此时输入先验估计及相应得参数与经过计算后反馈到输入形成一循环；卡尔曼滤波算法的工程参数输出结果得到模糊PID输出：2CCNN110216672402166729A说明书1/5页基于卡尔曼滤波改进的模糊PID控制纵向与横向混合磨削方法技术领域[0001]本发明涉及一种金属加工处理领域，尤其是涉及一种新型磨削工艺控制方法。背景技术[0002]传统的纵向切入磨削工艺中，存在由于砂轮地貌本身不可避免的随机性及砂轮颗粒大小的不均匀性造成磨削过程中降低磨削表面粗糙度的问题，提出了通过在纵向切入磨削工艺过程中加入横向磨削方式即通过砂轮与工件之间的横向运动的一种新型混合磨削方式来消除以上因素对加工表面粗糙度质量造成的影响，并将基于卡尔曼滤波改进的模糊PID控制应用于磨削运动过程控制以改善控制精度，以提高磨削加工质量。发明内容[0003]本发明针对传统的以纵向切入为主的磨削工艺中，存在由于砂轮地貌本身不可避免的随机性及砂轮颗粒大小的不均匀性造成磨削过程中降低磨削表面质量的问题，提出了通过在纵向切入磨削工艺过程中加入横向磨削方式即通过砂轮与工件之间的横向运动的一种新型混合磨削方式来消除以上因素对加工表面粗糙度质量造成的影响，并将基于卡尔曼滤波改进的模糊PID控制技术应用于磨削运动控制过程以改善控制精度，以提高磨削加工质量。[0004]为实现上述目