人工智能技術在數控系統中的應用研究

農安鋒

摘 要 人工智能技術在處理那些基于精確數學模型的傳統方法不能很湊效的、具有高度非線性、時變性及不確定性對象時，具有獨特的效果。回顧控制理論的發展歷程可以看出，它的發展過程反映了人類由機械化時代進入電氣化時代，并走向自動化、信息化、智能化時代。計算機數控技術自從由硬件數控跨越式發展到軟件數控以來，最近二十年，仍處于一個功能不斷完善的時期，雖然也有一些新穎數控技術的報道，但還沒有突破傳統的系統框架。

關鍵詞 人工智能技術 數控系統 應用研究

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A

1人工神經網絡在數控系統中的應用

人工神經網絡（ANN）的研究由來已久，并且曾經在60年代掀起過一次研究熱潮。但在經歷了十年的低谷后，80年代開始復興，又吸引了研究人員極大的興趣。概括起來，ANN具有如下幾個顯著特點：

（1）分布式存貯信息，即使網絡的某一部分受到損壞，可依靠聯想記憶功能恢復出原來的信息。

（2）并行方式處理信息，大大加快了運行速度。

（3）連續方式進行學習，方法簡單。

（4）以眾多的神經元組成一個網絡，可以逼近任意非線性系統。所以，基于ANN設計的控制系統，均具有較好的適應性、智能性和魯棒性，能夠處理高維數、非線性、強干擾、不確定、難建模的復雜對象。在計算機數控系統中，也可以引入人工神經網絡模型，來實現某項數控功能，具體體現在如下幾個方面：

（1）利用自適應神經元來實現數控系統位置環軟件增益的調節控制。

（2）利用ANN來實現數控系統的故障診斷。

（3）利用ANN來實現數控系統的插補計算。

2專家系統在數控系統中的應用

專家系統（Expert System）））ES）的研究起始于六十年代，并且獲得了極為有價值的應用。所謂專家系統就是一個提供具有人類專門水平的求解專業范圍內重要問題的計算機程序系統。它能解決那些專門領域中的結構不明確、或者難以確定算法的知識推理問題。一般來說，一個功能比較完善的ES由七部分組成：知識庫、推理機制、問題理解、用戶接口、結論、學習機制、知識獲取。但是，一般專家系統規模相對都較大，屬靜態知識處理范疇，面對實際控制系統還不能實現在線控制。為此，Astrom于1984年將它引入實時控制領域，并首次提出專家控制（Expert Control）的名稱，目前發展成為智能控制領域的一個重要分支。計算機數控系統（機床）是一個融合了計算機技術、自動控制、檢測技術等多學科知識的技術密集型機電一體化復雜系統，不但操作編程人員要進行崗位培訓，而且一旦發生故障，維修特別棘手，因為進行故障分析和故障定位過程中不但需要理論知識作指導，而且還需要豐富的實踐經驗。正是由于這個特征，我們可以引入專家系統的概念，用它來綜合多個數控機床維修專家的經驗，然后利用推理規則，根據現場有關故障信息，推理獲得維修數控機床用某些指導性意見。

3模糊控制在數控系統中的應用

模糊數學（也稱模糊集合論）是1965年由L.A.Zadeh所創。他在深入探索和研究“大系統”、“模糊性”、“計算機”和“人腦思維”之間的關系與矛盾過程中，從數學與人腦思維的分離處入手，結果發現Contor所創的集合論實質上是剔除了模糊性而抽象出來的數學概念，是把思維過程絕對化，從而達到精確和嚴格的目的。計算機數控機床是一個機電一體化的復雜被控對象，其中部分功能模塊能夠建立數學模型，使用經典控制理論實行控制，但也有很多環節無法建模，并且信息大多是模糊的，例如有關工藝和加工過程的描述等。這時，就可引入模糊控制的思路，達到經典控制方法無法實現的效果。針對數控機床而言，可以采用模糊控制的場合體現在如下幾個方面：

（1）利用模糊控制策略實現加工過程的優化控制。

（2）利用模糊推理規則實現數控機床的故障診斷。

（3）利用模糊集合理論實現數控系統中某些參數的模糊調節與整定。

對于數控系統來講，各軸位置環增益非常關鍵。不但要求各軸總開環增益盡量匹配（相等），而且在保證穩定的前提下，盡量高一些，對提高系統快速響應能力和減小靜態誤差均有好處。進一步，當數控系統處于快速定位（G00）運動狀態時，由于不進行切削加工，為減小起動和制動時的加速度，減輕對機床進給機構的沖擊，可將位置增益取的小一些；而當數控系統處于進給切削運動時，為了減小跟隨誤差，可將位置增益取的大一些。可見，數控系統位置環應采用變增益控制策略。這時，可以使用一個二維模糊控制器來實現增益控制。

4結語

總的來說，人工智能技術研究的目的是將人類的一部分智能賦予機器，使機器能夠勝任需要人類腦力勞動的復雜工作.它的研究對象是人類的感知能力、行為能力你、思維能力等人類特有的智能。本文從人工智能技術的三個側面詳細闡述了如何將模糊集合理論、人工神經網絡和專家系統概念應用于計算機數控系統中。根據各自的特點，均可以達到替代數控系統某項功能或改善系統性能的目的，有關各種策略的詳細情況和應用結果將另文介紹，并且我們已經開展“智能數控系統”的深入研究工作，這將具有很大的理論和應用價值。

參考文獻

[1] 蘇延霞.人工智能在數控機床ICAID系統中的應用[D].湖南：湖南大學，2003.

[2] 袁修華.開放式數控系統軟件故障自診斷、自愈合的研究[D].吉林：吉林大學， 2011.endprint