一种基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法，该方法通过跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵，实时提取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率，实时获取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度，并并以此来计算PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数，再实时根据PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数计算PI控制器的比例系数及积分系数，最后实时根据PI控制器的比例系数及积分系数，调整切割头割嘴的高度。本发明专利技术可以实时调整切割头割嘴的高度，提高了切割头割嘴高度的随动控制性能以及切割稳定性，从而提升了切割效果。

A method of dynamically adjusting cutting head and cutting nozzle based on Fuzzy Theory

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法
本专利技术涉及激光切割
，尤其是指一种基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法。
技术介绍
在激光切割中，切割头割嘴的高度控制直接影响到切割的效果和稳定性。目前，使割嘴高度尽量保持在预设高度的方法是通过高度调整模块及位于切割头下端的电容传感器，获取割嘴距离板材的高度信息并进行闭环调整。另外，由于板材存在变形起伏，而切割头又处于快速的运动中，因此需要快速的响应才能保证高度的稳定以保证焦点的稳定，而传统快速响应的方案是采用PID算法进行闭环控制，由于PID参数是离线设置的，在运行过程中PID参数是固定值，因此并不能快速根据实际状态进行快速响应，导致切割效果不佳，甚至在板材变形较严重时，还可能发生斜板上坡跟随性能不足而发生碰板导致加工中断。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法，以大幅度提高切割头割嘴高度的随动控制性能，提高切割稳定性，从而提升切割效果。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供了一种基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法，其包括如下步骤：在初始化跟踪微分器的矩阵系数后获取跟踪微分器的矩阵系数，根据获取的跟踪微分器的矩阵系数，分别计算出跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵；根据跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵，提取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率；分别计算并获取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度；根据切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度计算PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数；根据PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数计算PI控制器的比例系数和积分系数；根据PI控制器的比例系数和积分系数，调整切割头割嘴的高度。进一步的，所述步骤在初始化跟踪微分器的矩阵系数后获取跟踪微分器的矩阵系数，根据获取的跟踪微分器的矩阵系数，分别计算出跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵具体包括：初始化跟踪微分器的矩阵系数，所述矩阵系数包括跟踪微分器二阶系统的采样周期、阻尼系数和自然频率；根据跟踪微分器二阶系统的阻尼系数及自然频率，计算跟踪微分器连续系统的状态矩阵；根据跟踪微分器二阶系统的采样周期，计算跟踪微分器离散系统的状态矩阵。进一步的，所述步骤根据跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵，提取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率具体包括：获取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差；根据跟踪微分器离散系统的状态矩阵以及切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差以及跟踪微分器上一时刻的状态变量计算跟踪微分器下一时刻的状态变量；根据跟踪微分器连续系统的状态矩阵及跟踪微分器上一时刻的状态变量计算当前时刻跟踪微分器的输出。进一步的，所述步骤根据跟踪微分器连续系统的状态矩阵及跟踪微分器上一时刻的状态变量计算当前时刻跟踪微分器的输出之后，还包括如下步骤：储存跟踪微分器下一时刻的状态变量；更新跟踪微分器上一时刻的状态变量。进一步的，所述步骤根据跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵，提取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率中，跟踪微分器连续系统形式如下所示：其中且A、B、C均为跟踪微分器连续系统的状态矩阵，x1、x2均为跟踪微分器输入的状态变量，x′1、x′2均为跟踪微分器输入的状态变量的导数，y为跟踪微分器的输出，u为输入的切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差，ξ为跟踪微分器二阶系统的阻尼系数，ωn为跟踪微分器二阶系统的第n个自然频率。进一步的，所述步骤根据跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵，提取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率中，跟踪微分器离散系统形式如下所示：其中且G、H均为跟踪微分器离散系统的状态矩阵，x1[k+1]、x2[k+1]均为下一时刻跟踪微分器输入的状态变量，y[k]为当前时刻跟踪微分器的输出，A、B、C均为跟踪微分器连续系统的状态矩阵，u为输入的切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差，Ts为跟踪微分器二阶系统的第s个采样周期，I为单位矩阵，即进一步的，所述PI控制器以切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差及误差的变化率作为输入，PI控制器的动态比例修正系数及动态积分修正系数作为输出。进一步的，取输入的所述切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差及误差的变化率、输出的所述PI控制器的动态比例修正系数及动态积分修正系数的模糊子集为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，所述模糊子集中各元素依次代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大，且取所述切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的论域为[-9,1.5]，取所述切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率的论域为[-150,150]。进一步的，所述步骤根据切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度计算PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数具体包括：建立两个7×7表格，并分别对切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度求交集；分别将求交集后的切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度填入两个7×7表格中；分别根据两个7×7表格中求交集后的切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度，计算PI控制器的动态比例修正系数总的隶属度及动态积分修正系数总的隶属度并分别填入两个7×7表格中，得到PI控制器的动态比例修正系数及动态积分修正系数的模糊控制规则表；分别根据PI控制器的动态比例修正系数及动态积分修正系数的模糊控制规则表，对PI控制器的动态比例修正系数总的隶属度及动态积分修正系数总的隶属度进行加权平均计算，得到PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数。进一步的，所述步骤根据PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数计算PI控制器的比例系数和积分系数具体包括：PI控制器的比例系数等于离线设置的PI控制器的比例系数与PI控制器的动态比例修正系数的和；PI控制器的积分系数等于离线设置的PI控制器的积分系数与PI控制器的动态积分修正系数的和。本专利技术的有益效果在于：通过跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵，实时提取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率，实时获取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度，并实时根据切割头割嘴当前高度与理想高度之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n在初始化跟踪微分器的矩阵系数后获取跟踪微分器的矩阵系数，根据获取的跟踪微分器的矩阵系数，分别计算出跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵；/n根据跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵，提取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率；/n分别计算并获取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度；/n根据切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度计算PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数；/n根据PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数计算PI控制器的比例系数和积分系数；/n根据PI控制器的比例系数和积分系数，调整切割头割嘴的高度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法，其特征在于，包括如下步骤：
在初始化跟踪微分器的矩阵系数后获取跟踪微分器的矩阵系数，根据获取的跟踪微分器的矩阵系数，分别计算出跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵；
根据跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵，提取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率；
分别计算并获取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度；
根据切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差在其模糊子集中的隶属度及误差的变化率在其模糊子集中的隶属度计算PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数；
根据PI控制器的动态比例修正系数和动态积分修正系数计算PI控制器的比例系数和积分系数；
根据PI控制器的比例系数和积分系数，调整切割头割嘴的高度。


2.如权利要求1所述的基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法，其特征在于，所述步骤在初始化跟踪微分器的矩阵系数后获取跟踪微分器的矩阵系数，根据获取的跟踪微分器的矩阵系数，分别计算出跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵具体包括：
初始化跟踪微分器的矩阵系数，所述矩阵系数包括跟踪微分器二阶系统的采样周期、阻尼系数和自然频率；
根据跟踪微分器二阶系统的阻尼系数及自然频率，计算跟踪微分器连续系统的状态矩阵；
根据跟踪微分器二阶系统的采样周期，计算跟踪微分器离散系统的状态矩阵。


3.如权利要求2所述的基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法，其特征在于，所述步骤根据跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵，提取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率具体包括：
获取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差；
根据跟踪微分器离散系统的状态矩阵以及切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差以及跟踪微分器上一时刻的状态变量计算跟踪微分器下一时刻的状态变量；
根据跟踪微分器连续系统的状态矩阵及跟踪微分器上一时刻的状态变量计算当前时刻跟踪微分器的输出。


4.如权利要求3所述的基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法，其特征在于，所述步骤根据跟踪微分器连续系统的状态矩阵及跟踪微分器上一时刻的状态变量计算当前时刻跟踪微分器的输出之后，还包括如下步骤：
储存跟踪微分器下一时刻的状态变量；
更新跟踪微分器上一时刻的状态变量。


5.如权利要求3所述的基于模糊理论动态调整切割头割嘴的方法，其特征在于，所述步骤根据跟踪微分器连续系统及离散系统的状态矩阵，提取切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差的变化率中，跟踪微分器连续系统形式如下所示：






其中且A、B、C均为跟踪微分器连续系统的状态矩阵，x1、x2均为跟踪微分器输入的状态变量，x′1、x′2均为跟踪微分器输入的状态变量的导数，y为跟踪微分器的输出，u为输入的切割头割嘴当前高度与理想高度之间的误差，ξ为跟踪微分器二阶系统的阻尼系数，ωn为跟踪微分器二阶系统的第n个自然频率。


6.如权利要求3所述的基于模糊理论动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆渊，余锦望，封雨鑫，陈焱，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，深圳市大族智能控制科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44