旋压机床的自学习运动控制

D0I:10.13374/j.1ssm1001-053x.1998.05.021 第20卷第5期 北京科技大学学报 Vol.20 No.5 1998年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1998 旋压机床的自学习运动控制 孙昌国) 余达太) 胡健中)马振平2) 李宇) 1)北京科技大学机器人研究所，北京1000832)电子部第12所，北京100016 摘要提出了旋压机床的自学习运动控制方法及其结构方案，讨论了具体实现中要解决的主要 问题，并给出了解决的途径， 关键词旋压；旋压机床；运动控制；自学习控制 分类号T422.3;TP417.4:TH427.1 国内外旋压机床的控制所采用编程的数控技术“~).对每一种工件都需要人工反复调试 工艺参数，如，进给速度，旋压轨迹曲线的参数，旋压道次数等；要求操作者具有丰富的旋压工 艺经验；加工过程中遇到环境条件变化影响加工质量时，机床控制系统也无法实时做出调整， 本文将智能控制引入旋压机床的控制，提出了采用自学习运动控制的方法使旋压机床自 动完成工件的轨迹规划及加工控制过程，提高了旋压机床的生产效率和加工质量， 1旋压机床的自学习运动控制的依据 自学习控制是智能控制中的一种方法，具有拟人的控制功能4.因此，该控制方案的确 定应依据人工完成旋压加工的工艺过程，人工在数控旋压机床上完成旋压加工的过程如下， ()对于1种特定的零件，操作者需要根据经验，确定下列工艺参数：毛坯的尺寸；旋轮的 形状；旋压曲线和道次数；旋轮的进给速度， (2)编制数控旋压程序并将其输入机床的控制计算机. (3)进行实际旋压加工. (4)旋压过程中，如果工件出现断裂、起皱等现象，则要对工艺参数进行修改，重复(2)及 后续过程；如果工件没有达到精度要求，也要修改工艺参数，重复进行(2)及后续过程；如果工 件满足精度要求，可以进行工件的重复加工，完成批量加工， 自学习运动控制方法的实现内容也应是上述过程，但是旋压机床的计算机系统必须首先 通过自学习方式学习人工操作的经验，形成知识库，然后计算机系统根据所需加工的特定工 件自动完成以上整个过程. 2自学习运动控制系统的结构 自学习控制系统采用二级计算机控制系统（亦可称为递阶系统），其组成如图1. 1997-09.30收稿 孙昌国男，39岁，副研究员 *国家自然科学基金资助课趣

第 卷 年 第 期 月 北 京 科 技 大 学 学 报 阮 旋压机床的 自学 习 运动控制 孙 昌 国 ’ 余达太 胡健 中 ’ 马振平 李 宇 北京 科技 大 学 机 器人研究 所 ， 北 京 电子 部第 一 所 ， 北京 摘 要 提 出 了旋 压机床 的 自学 习 运 动控 制 方 法 及 其 结构 方 案 ， 讨论 了具体实现 中要解 决 的 主要 问题 ， 并 给 出了 解决 的途径 关键词 旋压 旋压机床 运 动控制 自学 习 控制 分类号 国 内外 旋 压 机 床 的控 制所 采 用 编 程 的数控 技 术 ’ 一 ’ 〕 对每 一 种 工 件都需 要 人 工 反 复调 试 工艺 参数 ， 如 ， 进 给速 度 ， 旋 压 轨迹 曲线 的参数 ， 旋压道 次数等 要 求操作 者具 有 丰富 的旋压工 艺经验 加 工过程 中遇到 环境 条件变化影 响加 工 质量 时 ， 机 床控 制 系 统也 无法 实 时做 出调 整 本文 将 智能控制 引人 旋压 机 床 的控 制 ， 提 出 了采 用 自学 习运动控 制 的方 法使旋压机床 自 动完 成 工件 的轨迹规划及 加工 控 制过 程 ， 提 高 了旋压机床 的生 产效率和 加 工质量 旋压机床的 自学 习 运动控制 的依据 自学 习 控 制 是 智 能控 制 中的一 种 方 法 ， 具 有 拟 人 的控 制 功 能〔 一 因此 ， 该控 制方 案 的确 定 应依 据人 工 完 成 旋 压加 工 的工 艺过 程 人 工 在 数控 旋压机 床上 完成 旋 压加 工 的过 程 如下 对于 种 特 定 的零 件 ， 操 作 者需 要 根 据 经 验 ， 确 定 下 列 工 艺参数 毛坯 的尺 寸 旋 轮 的 形状 旋压 曲线和 道 次数 旋 轮 的进 给速 度 编 制 数控 旋压程 序 并 将 其输 人 机 床 的控制计算 机 进行 实 际旋压 加 工 旋 压 过 程 中 ， 如 果 工 件 出现 断裂 、 起 皱 等 现 象 ， 则要 对工 艺参数 进 行修改 ， 重 复 及 后 续 过程 如果 工 件 没有 达到 精度 要 求 ， 也要 修改 工 艺 参数 ， 重复进行 及 后 续 过程 如果 工 件 满足 精度要 求 ， 可 以 进行 工 件 的重 复加 工 ， 完成 批 量 加 工 自学 习 运 动控 制方 法 的实现 内容 也 应是 上 述过 程 ， 但 是 旋压机 床的计算 机 系 统必须首 先 通 过 自学 习 方 式 学 习 人 工 操 作 的经 验 ， 形 成 知 识库 ， 然 后 计 算 机 系 统根 据 所 需 加 工 的特 定 工 件 自动完 成 以 上 整 个 过程 自学 习运动控制 系统的结构 自学 习 控 制 系 统采 用 二 级计算 机 控 制 系 统 亦 可 称 为 递 阶系 统 ， 其组成如 图 一 一 收稿 孙 昌国 男 ， 岁 ， 副 研究 员 国 家 自然 科 学基金 资助 课题 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1998．05．021

·500· 北京科技大学学报 1998年第5期 2.1上位自学习机 用户 (1)监督器.接受用户输人的任 正位自学习机 下位自学习机： 务，如：工件的尺寸及精度、材料性 能、毛坯尺寸及精度等；将这些任务！ 监督器 运动监控器 传送给推理器和学习器，并负责整 个系统的状态监控；根据学习器传！ 知 推 运 运 动学 回的完成任务状态确定是否指示推！ 识 理 动推 理器再次进行推理控制决策；负责 器 库 器 器 库 器 人机界面的交互信息控制. (2)推理器.根据监督器交给的 选例器 运动选例器 任务，查阅知识库中的知识，若有满 足任务要求的知识，则进行控制决 感受器1 感受器2 策，否则，根据相似任务的知识，进 工件 旋轮架 驱动器 行控制决策；输出旋轮架运动轨迹 曲线数据及进给速度数据给下位学 图1自学习运动控制系统的结构 习机. (3)知识库.存贮旋压加工的知识数据. (4)学习器.将监督器交给的任务与反馈的信息进行比较，根据评价准则，对知识库中没 有的知识进行学习，并将结果存人知识库；对知识库中已有的知识，如果反馈信息与任务要求 相符，则向监督器报告任务完成，否则，依据评价准则修改知识库数据并向监督器输出任务未 完成信息，要求校正推理器的输出. (⑤)选例器.通过感受器1收集工件的变形及受力信息， 2.2下位自学习机 (1)运动监控器.接受上位自学习机的运动控制任务（如位置、速度等）；将这些任务分配 给运动推理器和运动学习器；负责运动系统的状态监控 (2)运动推理器.根据运动监控器的任务和知识库中的知识，进行控制决策，输出运动控 制信息给运动驱动器. (3)运动知识库.存贮旋压架运动的知识数据. (4)运动学习器.将运动监控器交给的任务与反馈信息进行比较，根据旋轮架的运动评价 准则，进行学习或修改运动知识数据并输出到运动知识库；将旋轮架的运动效果报告给运动 监控器. (⑤)选例器.通过感受器2收集旋轮架的位置、速度及力信息，传送给运动学习器. 3实施中需要解决的主要问题 ()旋压工艺知识的表达，旋压工艺的核心问题是旋轮架的运动轨迹曲线（如直线、圆弧、 渐开线或某种拟合曲线)、进给速度和旋压力的选择.而这些问题和工件的形状（圆筒、圆锥 台、圆台及它们的组合)、工件精度（圆度、圆柱度及壁厚公差）、材料性能（硬度、抗拉，抗压、屈 服强度、硬化)等有关，因此，旋压工艺知识可以采用产生式规则表达.规则集由IF…THEN

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 上位 自学习机 监 督 器 · 接 受 用 户 输人 的任 「 务 ， 如 工 件 的 尺 寸 及 精 度 、 材 料 性 能 、 毛 坯 尺 寸 及 精 度等 将这 些 任务 传 送 给 推 理 器 和 学 习 器 ， 并 负 责 整 个 系 统 的 状 态 监 控 根 据 学 习 器 传 回 的完 成 任务状 态确 定 是 否 指示 推 理 器 再 次 进 行 推 理 控 制 决 策 负 责 人机界 面 的交互信 息控制 推 理 器 · 根 据 监 督 器 交 给 的 任务 ， 查 阅知 识 库 中的 知 识 ， 若有 满 足 任 务 要 求 的 知 识 ， 则 进 行 控 制 决 策 ， 否 则 ， 根 据 相 似 任 务 的 知 识 ， 进 行 控 制 决 策 输 出 旋 轮 架 运 动 轨 迹 曲线数据及 进 给速 度 数据 给下 位 学 习机 监仔器 运 动监控器 知识 推理 运 库 器 动 推 理 器 选例器 运 动选例器 感受器 感受器 图 自学习运动控制系统的结构 知识 库 存贮旋压加工 的知识 数据 学 习器 将监 督 器 交 给 的任 务 与反 馈 的信 息进 行 比较 ， 根 据评 价 准 则 ， 对知 识库 中没 有 的知识进行 学 习 ， 并 将结果存人 知识 库 对知识库 中已 有 的知 识 ， 如果反馈信息与任务要 求 相 符 ， 则 向监 督 器 报告 任务完成 ， 否 则 ， 依 据评 价准则修改 知 识库数据并 向监 督 器输 出任务未 完成 信 息 ， 要 求校 正 推理 器 的输 出 选例 器 通 过感 受 器 收集 工件 的变 形及 受力 信 息 下位 自学 习机 运 动监 控 器 接受 上 位 自学 习机 的运 动控 制任 务 如位 置 、 速度 等 将这 些 任务分 配 给运 动推理 器 和 运 动学 习 器 负责运 动 系 统 的状态监 控 运 动 推理 器 根 据运 动监 控 器 的任务 和 知识 库 中的知 识 ， 进 行控 制决 策 ， 输 出运 动控 制信息 给运 动驱动器 运 动 知 识 库 存贮旋压架 运 动 的知 识数据 运 动学 习 器 将运 动监控 器 交 给 的任务 与反 馈信 息进行 比较 ， 根 据旋 轮架 的运 动评 价 准则 ， 进行 学 习 或修 改运 动 知 识 数 据 并 输 出到 运 动知 识 库 将旋 轮 架 的运 动效 果 报告 给运 动 监控 器 选例器 通 过感 受器 收集 旋 轮架 的位置 、 速度及 力信息 ， 传送 给运 动学 习器 实施 中需要解决的主要 问题 旋压工 艺知 识 的表 达 旋压 工 艺 的核 心 问题 是 旋 轮架 的运 动轨迹 曲线 如直线 、 圆弧 、 渐 开 线 或某 种 拟 合 曲线 、 进 给 速 度 和 旋 压 力 的 选 择 而 这 些 问题 和 工 件 的形 状 圆筒 、 圆锥 台 、 圆台及 它 们 的组合 、 工件精度 圆度 、 圆柱 度及 壁 厚公 差 、 材料性 能 硬度 、 抗 拉 、 抗 压 、 屈 服 强 度 、 硬 化 等 有 关 ， 因 此 ， 旋 压 工 艺 知 识 可 以 采 用 产 生 式规则 表 达 规 则 集 由 二

Vol.20 No.5 孙昌国等：旋压机床的自学习运动控制 ·501· 格式构成， (2)旋压工艺参数的推理.与知识表达相对应，工艺参数的推理也采用产生式规则，加入 模糊推理规则，并融人弹、塑性力学理论及人工经验， (3)知识库的数据来源.将人工得到的若干典型零件的工艺参数存贮在知识库中.典型件 之外的数据，由学习器在加工实践中通过自学习逐渐补充、修改， (4)学习器学习准则和任务评价准则，以工件是否满足工件图纸尺寸及精度要求为最终 目标. (5)自学习运动控制器的实时控制.从两个方面进行解决：一是硬件给子计算速度和精度 上的保证，如CPU的运算速度，信息通道的位数、AVD.D/A转换器的速度及精度、光栅尺的精 度、力传感器的精度等；二是软件的运行速度，所以，知识表达、推理的规则条数要少而精，表 达简练和准确， 4结论 ()提出了旋压机床的自学习运动控制的方法及主要问题的解决方案，该方法将有助于 实现旋压机床的智能控制， (2)本文提出方法的初步试验结果表明，该方法是实用可行的. 参考文献 1王成和.旋压技术.北京：机械工艺出版社，1986 2日本塑性加工协会，旋压成形技术.北京：机械工艺出版社，1988 3毕承恩.现代数控技术.北京：机械工业出版社，1991 4蔡自兴.人工智能及其应用.北京：清华大学出版社，1996 5涂序彦.人工智能及其应用.北京：电子工业出版社，1994 6孙增新.智能控制理论与技术，北京：清华大学出版社，1997 Self-learning Motion Control of Spinning Machine Sun Changguo Yu Datai Hu Jianzhong Ma Zhenping Li Yu) 1)Robot Research Institute,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)12th Research Institute,MEl,Beijing 100016,China ABSTRACT The method of self-learning motion control of spinning machine and its construction of control are presented.The problem,which must be resolved in use for spinningg machine replaced NC technique,is discussed and the accomplishing way is given. KEY WORDS spinning;spinning machine;motion control;self-learning control

孙 昌国等 旋压机床的 自学 习运 动控制 格式构成 旋 压 工 艺参数 的 推 理 与 知 识 表 达相 对应 ， 工 艺 参数 的 推理 也 采 用 产 生 式规则 ， 加 人 模糊 推理规则 ， 并融人 弹 、 塑性 力学 理 论及 人 工 经验 知 识 库 的数 据来 源 将人工 得 到 的若干典 型零 件 的工 艺参数存贮在 知 识库 中 典 型件 之外 的 数据 ， 由学 习 器 在 加 工 实践 中通 过 自学 习 逐 渐 补充 、 修 改 学 习 器 学 习 准则 和 任务 评 价 准则 以 工 件是 否 满 足 工 件 图纸 尺 寸及 精 度 要 求 为最 终 目标 自学 习 运 动控 制 器 的 实 时控 制 从 两个方 面 进 行 解 决 一是 硬件 给予 计算 速 度 和 精度 上 的保证 ， 如 的运 算速 度 、 信 息通 道 的位数 、 刀 、 转换器 的速 度及 精度 、 光栅尺 的精 度 、 力 传 感 器 的精 度 等 二 是 软件 的运 行 速 度 所 以 ， 知 识 表 达 、 推理 的规则条 数要 少而 精 ， 表 达 简练 和 准确 结论 提 出 了 旋 压机 床 的 自学 习 运 动控 制 的方 法 及 主要 问题 的解 决 方 案 ， 该方 法 将 有 助 于 实现旋 压机 床 的智 能控 制 本文提 出方法 的初 步试验结果 表 明 ， 该方 法是 实 用 可行 的 参 考 文 献 王 成 和 旋压技术 北 京 机械工 艺 出版社 ， 日本 塑 性加 工 协会 旋压成形 技 术 北京 机械工 艺 出 版社 ， 毕承 恩 现代数控技 术 北 京 机械 工 业 出版社 ， 蔡 自兴 人工 智能及其应 用 北 京 清华大学 出版社 ， 涂序彦 人工智 能及其应用 北京 电子 工 业 出版社 ， 孙增 新 智 能控 制理论 与技术 北京 清华大学 出版社 ， 以 ， 从 ， 及 即 刀 撇 二 ， ， ， ， ， ， ，