1 前言

　　近些年我國的工業生產水平有著非常大的進步，特別是印刷包裝以及電子技術行業，相較于世界發達國家，在很多方面已經大大縮短差距。模切板（又稱刀模）是數控系統中的重要組成部分，全自動電腦數控折彎機床的出現促使刀模生產效率和加工精度有了長足進步。隨著工業生產水平及質量要求的不斷提高，國內對高端電子設備的需求將不斷擴大，而且朝著高速、高精度的方向發展，迫切需要數控技術精準化高速化。雖然當前國內已經有很多廠家和研究機構開展折彎機床設備的研發與制造，但其中核心關鍵技術一直被歐美一些企業所壟斷，國內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

　　數控折彎機床系統的加工涉及內容很多，所以其加工過程非常復雜繁瑣，加之薄壁件自身特性以及機床系統傳送機構加速度、環境溫度、伺服器的響應速度等因素影響，使得很多控制理論在數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前在該系統加工領域應用最為廣泛，反應效果最好的。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建精確數學模型，這對于數控折彎機床系統而言非常有利。模糊控制系統中所涉及參數主要有 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、薄壁件彈性系數等。

　　（1）數控折彎機床控制原理。其運動系統是由工作臺臺板、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，我們可以通過系統軟件設定不同的送料速度和加速度，以滿足不同工業加工要求。②刀頭在坐標系中的運動軌跡和步進量是由數控系統控制的，系統會將數據以脈沖的形式通過處理器發送出來，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、多參數耦合等參數系統控制中，而且在當前工業生產控制中應用非常廣泛。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。在實際工業生產控制中，該理論可以盡可能將參數變化和干擾對控制系統的影響降至最低，把傳統系統中可能遇見的時變、非線性等問題有效解決；②模糊控制理論是基于規則而研究出的控制理論，通過模糊集合算法將實際工業生產控制人員長期工作經驗和專家知識進行總結，形成可以用于計算機識別的語言型控制規則。這種設計理念不需要進行被控對象數學模型的精確構建，從而大大簡化了控制策略和控制機理的設計過程，使得該理論的應用范圍大大增加；③模糊控制理論所使用的控制算法是基于實際工業生產控制人員長期工作經驗和專家知識總結出的計算機語言。這種算法由于帶有人為因素，在一定程度上會降低系統控制性能，但從另一方面講，這種設計有提高了人工

　　控制技術，提高了系統實用性；④模糊控制理論使用語言變量來描述系統輸入輸出量，相較于傳統數學變量而言，更加有利于在系統內部識別，更加有利于系統升級。

　　模糊化處理：該部分在系統中承擔任務是將輸入信號轉換成相對應模糊語言變量值，然后在傳輸給推理機進行下一步處理。這里轉換后的模糊語言變量值是由相對應隸屬度來直接定義的，以達到系統對變量值的要求。推理機：該部分主要承擔控制規則的給出，通過分析系統當前狀態，以確定其對應的控制規則，從而確定被控對象的輸入，它在系統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過轉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行機構，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節相互作用的結果，這期間只需要重點分析隸屬度函數的具體形式，然后將函數模糊化即可。之后研究人員或者專業技術人員根據模糊化后的隸屬度函數分析推理出相關結論，并利用適當方法將推理得出的信號輸送至被控對象。模糊控制發展至今，已經形成了多種用于控制的模糊模型，但應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系統的模糊模型學術上又稱其為 T-S 模型。早起這種模型主要用于非線性系統辨識方面，隨著模型的不斷創新與發展，逐漸用于控制非線性系統。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前件部分，區別在于該模型所使用的前件部分本來已經是模糊的，就是根據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 模型每個子系統就是一個“如果-則”模糊規則，所有的子系統經過線性組合后形成整體模糊系統。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的邏輯模型，它應該是在這一領域應用最早的。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。不過經過 Mamdani 模糊模型系統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用于復雜非線性系統，只能夠依靠研究人員經驗和技術人員推理，在一定程度上無法保證系統統一性。特別是對于變量多且耦合關系復雜的系統而言，利用Mamdani 模糊模型實現控制更加困難。

3 數控折彎機床系統模糊控制器的研究

　　數控折彎機床系統不論是結構上還是技術上都比較復雜繁瑣，特別是加上薄壁件自身特性和系統傳送機構加速度、環境溫度、伺服器響應速度等因素之后，在時變性、非線性、多參數耦合等易變參數之后，薄壁件折彎加工過程將難以確定科學合理簡單的數學模型。數控折彎機床系統在模型構建上使用最多的就是模型控制理論，該系統中最核心部分就是微處理機，以系統控制信息和運動狀態信息作為輸入模糊控制器的輸入，在經模糊化、規則化、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。數控折彎機床系統模糊控制器原理圖。