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不确定性在现实系统中是普遍存在的,在加工过程系统中同样存在多种不确定性。随着制造业的发展,在现代制造加工系统中,对不确定性系统的鲁棒控制受到了高度的重视和研究。
定量反馈理论(Quantitative Feedback Theory,QFT)是一种比较新颖的鲁棒设计方法,它以经典控制理论为设计基础,将经典控制理论中的频率校正器设计思想推广应用到对不确定性系统的鲁棒控制设计。本论文提出基于QFT的不确定性加工过程鲁棒控制策略,通过对QFT方法的理论研究、计算机仿真和实验分析,将QFT设计方法应用于加工过程控制。
本论文讨论了系统建模的一般问题,并建立数控铣床铣削加工系统的数学模型来研究基于QFT的控制方法。铣床铣削加工过程中存在诸多不确定因素,在QFT中,这些不确定因素结合系统的性能指标以频率响应的方式被定量地反映到Nichols图上,从而可以很直观地设计QFT控制器。本论文还对常规QFT方法进行了改进,提出QFT的改进算法,提高了控制系统的设计效率。
本文详细论述了QFT的基本原理及设计过程,并以数控铣床铣削加工过程为例,采用QFT方法设计出铣床不确定性加工的控制系统。仿真结果表明,QFT控制器虽然能使铣床加工获得不错的控制效果,具有一定的鲁棒性,但控制系统的某些性能却仍有所欠缺。为此,本文研究了QFT方法与其它控制律相结合的控制方法,设计了QFT-MRAC控制系统和QFT-PID并行控制系统。另外,本文还提出了PID参数整定的新方法——采用QFT方法整定PID参数。仿真结果表明,将QFT与其它一些控制律进行有机结合后,可以弥补QFT控制的不足,改善系统的控制性能。
为了进一步验证基于QFT控制方法的有效性和实用性,建立数控铣床铣削加工过程控制实验平台进行实际加工实验。实验结果表明,基于QFT方法的控制系统在不确定加工过程中具有良好的鲁棒性。
从目前的研究和应用情况来看,QFT有着非常广阔的发展前景。QFT的工程实用价值是它受到广泛关注的主要原因。目前,QFT的发展方兴未艾,而QFT在理论和应用上的研究还需要完善。