数控机床正是适应这种需求而正在发展着CONTROL ENGINEERING China版权所有,已发展有加工中心!柔性制造单元等.它们是电子技术!信息技术和机床技术相结合的产物

2 研究现状(Presentsituation)
2.1 面临挑战
    高速高精度加工是目前最重要的研究领域之一,其目的在于提高机械加工生产率及改善加工质量.然而,高速高精度加工在实用之前也面临着许多挑战.最主要的问题是在存在扰动!非线性!模型和参数不确定性的情况下设计高性能的伺服控制器[2].当使用有限带宽的伺服控制器时,伺服延迟也成为引起位置误差的主要原因,并会随着高速加工时进给速度的提高而更加严重.现代加工系统由伺服系统所支持,伺服控制器的性能和加工质量!效率密切相关.从机床控制系统的角度看CONTROL ENGINEERING China版权所有,机床控制是一个动态系统,控制系统中不确定因素的产生主要是由于[1]:1)系统的输入包含有随机扰动;2)系统的测量传感器具有测量噪声;3)系统数学模型的参数甚至结构具有不确定性.我们把第一!二类不确定因素称为不确定环境因素,把第三类不确定因素称为不确定模型因素.传统的数控系统对机床的控制主要采用经典控制论方法[3].大部分是PID控制,PID控制器以其结构简单,使用方便和运行可靠等优点在运动控制中也经常被采用.不过在解决系统中存在着非线性因素不易定量描述的控制问题时,PID控制器显得力不从心.由于PID控制器的结构本身以及算法设计依赖对象的局限性,使得精度的改善导致动态性能的减弱,而动态性能的改善,又使执行机构庞大且能耗增加;再者,在从事具有快速高精度和鲁棒性要求的运动控制系统的设计时,同一控制器不仅用来改善输入输出的动态性能控制工程网版权所有,而且还用来消除负载扰动,要想得到使系统具有满意的动静态性能指标的PID参数整定算法是相当困难的.由于经典控制论方法完全依赖于精确数学模型,只能实现随机控制,所以这类系统对不确定模型因素无能为力.而对不确定环境因素的处理则依赖于控制模型的非线性能力.这类控制系统的不确定因素处理能力是极为有限的.现代控制论中的自适应控制技术的作用是跟踪系统参数!环境条件和输入信号等,然后通过改变内回路的补偿元件的参数而获得满意的性能.由于传统数控系统的专有体系结构,系统的控制策略难以更新,实现自适应控制需要较高的成本和代价,而自适应控制对控制性能的改善也不够显著,所以自适应控制并没有成为机床控制中的主流技术.

   另外一个难题是实现高速加工过程和数控加工状态的监控[2].加工过程和数控加工状态主要包括下列几方面的因素[3]:1)控制执行机构状态;2)各运动轴状态;3)刀具状态;4)机床辅助功能工作状态等.状态反馈信号主要来自于各类传感器.由于目前传感技术的限制,要全面地反馈以上加工状态信息还不太现实.特别是对于刀具状态和工件状态的测