人工智能技术在数控系统中的应用研究

人工智能技术在数控系统中的应用研究

农安锋

（广西机电技师学院

摘

广西·柳州545005）

要人工智能技术在处理那些基于精确数学模型的传统方法不能很凑效的、具有高度非线性、时变性及不确定性对象时，具有独特的效果。回顾控制理论的发展历程可以看出，它的发展过程反映了人类由机械化时代进入电气化时代，并走向自动化、信息化、智能化时代。计算机数控技术自从由硬件数控跨越式发展到软件数控以来，最近二十年，仍处于一个功能不断完善的时期，虽然也有一些新颖数控技术的报道，但还没有突破传统的系统框架。关键词人工智能技术数控系统应用研究

TP18A中图分类号：文献标识码：1人工神经网络在数控系统中的应用

人工神经网络(ANN)的研究由来已久，并且曾经在60年80年代代掀起过一次研究热潮。但在经历了十年的低谷后，

ANN具开始复兴，又吸引了研究人员极大的兴趣。概括起来，有如下几个显著特点:

（1）分布式存贮信息，即使网络的某一部分受到损坏，可依靠联想记忆功能恢复出原来的信息。（2）并行方式处理信息，大大加快了运行速度。（3）连续方式进行学习，方法简单。

（4）以众多的神经元组成一个网络，可以逼近任意非线性系统。所以，基于ANN设计的控制系统，均具有较好的适应性、智能性和鲁棒性，能够处理高维数、非线性、强干扰、不确定、难建模的复杂对象。在计算机数控系统中，也可以引入人工神经网络模型，来实现某项数控功能，具体体现在如下几个方面：

（1）利用自适应神经元来实现数控系统位置环软件增益的调节控制。（2）利用ANN来实现数控系统的故障诊断。

（3）利用ANN来实现数控系统的插补计算。2专家系统在数控系统中的应用

专家系统(ExpertSystem)))ES)的研究起始于六十年代，并且获得了极为有价值的应用。所谓专家系统就是一个提供具有人类专门水平的求解专业范围内重要问题的计算机程序系统。它能解决那些专门领域中的结构不明确、或者难以确定算法的知识推理问题。一般来说，一个功能比较完善的ES由七部分组成:知识库、推理机制、问题理解、用户接口、结论、学习机制、知识获取。但是，一般专家系统规模相对都较大，属静态知识处理范畴，面对实际控制系统还不能实现在线控制。

Astrom于1984年将它引入实时控制领域，为此，并首次提出专家控制(ExpertControl)的名称，目前发展成为智能控制领域的一个重要分支。计算机数控系统(机床)是一个融合了计算机技术、自动控制、检测技术等多学科知识的技术密集型机电一体化复杂系统，不但操作编程人员要进行岗位培训，而且一旦发生故障，维修特别棘手，因为进行故障分析和故障定位过程中不但需要理论知识作指导，而且还需要丰富的实践经验。正是由于这个特征，我们可以引入专家系统的概念，用它来综合多个数控机床维修专家的经验，然后利用推理规则，根据现场有关故障信息，推理获得维修数控机床用某些指导性意见。

3模糊控制在数控系统中的应用

模糊数学(也称模糊集合论)是1965年由L.A.Zadeh所创。他在深入探索和研究“大系统”、“模糊性”、“计算机”和“人脑思维”之间的关系与矛盾过程中，从数学与人脑思维的分离处入手，结果发现Contor所创的集合论实质上是剔除了模糊性而抽象出来的数学概念，是把思维过程绝对化，从而达到精确和严格的目的。计算机数控机床是一个机电一体化的复杂被控对象，其中部分功能模块能够建立数学模型，使用经典控制理论实行控制，但也有很多环节无法建模，并且信息大多是模糊的，例如有关工艺和加工过程的描述等。这时，就可引入模糊控制的思路，达到经典控制方法无法实现的效果。针对数控机床而言，可以采用模糊控制的场合体现在如下几个方面：

（1）利用模糊控制策略实现加工过程的优化控制。

（2）利用模糊推理规则实现数控机床的故障诊断。（3）利用模糊集合理论实现数控系统中某些参数的模糊调节与整定。

对于数控系统来讲，各轴位置环增益非常关键。不但要求各轴总开环增益尽量匹配(相等)，而且在保证稳定的前提下，尽量高一些，对提高系统快速响应能力和减小静态误差均有好处。进一步，当数控系统处于快速定位(G00)运动状态时，由于不进行切削加工，为减小起动和制动时的加速度，减轻对机床进给机构的冲击，可将位置增益取的小一些;而当数控系统处于进给切削运动时，为了减小跟随误差，可将位置增益取的大一些。可见，数控系统位置环应采用变增益控制策略。这时，可以使用一个二维模糊控制器来实现增益控制。

4结语

总的来说，人工智能技术研究的目的是将人类的一部分智能赋予机器，使机器能够胜任需要人类脑力劳动的复杂工作.它的研究对象是人类的感知能力、行为能力你、思维能力等人类特有的智能。本文从人工智能技术的三个侧面详细阐述了如何将模糊集合理论、人工神经网络和专家系统概念应用于计算机数控系统中。根据各自的特点，均可以达到替代数控系统某项功能或改善系统性能的目的，有关各种策略的详细情况和应用结果将另文介绍，并且我们已经开展“智能数控系统”的深入研究工作，这将具有很大的理论和应用价值。参考文献

[1]苏延霞.人工智能在数控机床ICAID系统中的应用[D].湖南:湖南大学,2003.[2]袁修华.开放式数控系统软件故障自诊断、自愈合的研究[D].吉林:吉林大

学,2011.

—科教导刊（电子版）·2017年第28期/10月（上）—

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