FANUC数控系统学习控制功能及其应用简介

FANUC数控系统学习控制功能及其应用简介

沈锦波

身份证号：44058319841008xxxx；广东润星科技有限公司523598

摘要：学习控制是智能控制的重要部分，而基于迭代和重复的学习控制是其重要分支。该方法适合于具有重复运动性质的被控对象，不依赖于系统的精确数学模型，可实现不确定性高的非线性强耦合动态系统的控制，并高精度跟踪给定期望轨迹，在运动控制领域得到了广泛的运用。本文将对FANUC数控系统学习控制功能进行简介，并对其在高速高精机床上的应用进行说明。

关键词：学习控制；迭代学习控制；重复学习控制；高速高精

引言

学习控制是智能控制的重要部分，是模拟人类自身各种优良控制调节机制的一种尝试，学习控制系统是一个能在其运行过程中逐步获得被控过程及环境的非预知信息，积累控制经营，并在一定评价标准下进行估值、分类、决策和不断改进系统品质的自控系统[1]。一般将学习控制分为两种：基于模式识别的学习控制、基于迭代和重复的学习控制。

基于迭代和重复的学习控制适合于具有重复运动性质的被控对象，着眼于受控对象和目标轨迹的周期性和重复性，利用之前周期的控制信息改善当前周期控制，迭代修正达到某种控制目标的改善。该方法不依赖于系统的精确数学模型，实现不确定性高的非线性强耦合动态系统的控制，并高精度跟踪给定期望轨迹，在运动控制领域得到了广泛的运用。

FANUC数控系统学习控制功能采用基于迭代和重复的学习控制方法，在数控机床上有着广泛的运用。

1.FANUC数控系统学习控制功能简介

在高速高精加工中，由于运动速度快，变化大，导致伺服运动滞后，会产生很大的加工误差。如下图1所示，FANUC数控系统学习控制功能通过读取误差值来修正加工指令，从而实现指令和加工结果的精确控制，极大的提高了加工精度，经实际测试，使用学习控制功能，跟随误差可由原来的60um降到5um以内。

图1学习控制使用效果

如下图2所示，学习控制功能工作原理如下：

（1）学习控制器从第一个加工循环里取得位置误差，并且创造出补偿数据

（2）新的数据和前一循环中的旧的数据比较

（3）新的数据取代旧的数据，从而减小位置误差

（4）和旧的数据一样，本周循环中新的数据保存在学习控制器存储器中

（5）通过重复（1）至（4），学习控制器中不断重复补偿数据以减少位置误差，保存在学习控制器存储器中的数据称为“学习数据”。

图2学习控制原理

另外FANUC数控系统学习控制功能存在以下两种工作方式，并可根据实际加工情况，通过参数进行切换。

●中断工作方式在每次高速加工指令中，学习数据在指定学习循环次数内不断更新。当学习循环次数达到参数设定值后，学习停止，学习数据不再更新，系统使用最后一次的学习数据完成余下加工指令。该方式适合加工固定，工件一致性好的场合。

●连续工作方式在这种方式下，学习数据一直随高速循环加工指令周期更新，不会自动停止。这种方式适合周期固定，但轮廓数据不断发生微小变化的情况，比如一边进行轮廓加工一边完成进刀工作。

该功能具体性能指标如下表：

2.FANUC数控系统学习控制功能应用

如下图3所示，在一般的高速高精加工中，FANUC数控系统AI轮廓控制即可满足，但在一些要求极高的高速高精加工场合，需采用学习控制功能。

图3高速高精功能需求

如下图4所示，目前该功能在这些机床有很好的应用，这些机床有如下几个相同的特点及要求：

●加工速度快在活塞车床加工中，为获得好的加工表面，C轴旋转速度高达3000rev/min，反复轴Y轴往返2次每转，振荡频率高达50Hz，这么高的速度和换向频率，将会产生很大的位置误差。

●加工精度高图4应用加工的零件均为非圆轮廓，而且对轮廓的精度要求很高。

●加工动作周期循环图4应用加工动作均为周期循环或在周期循环基础上叠加进给。

在没有学习控制功能之前，上述应用只能通过减低加工速度或补偿加工程序等手段来加工，但这需要用户长期的积累及不断的实验摸索，效率极其低下。采用学习控制功能可以快速对加工进行改善，效率高，成本低。下图5为学习控制在齿轮加工机床上的使用效果，

3.总结

本文对FANUC数控系统的学习控制功能的工作原理进行了描述说明，并对该功能的使用及性能指标进行说明。另外对该功能的实际应用场景进行介绍，同时对其在精密齿轮加工上的应用效果进行举例。

参考文献：

【1】于少娟，齐向东，吴聚华.迭代学习控制理论及应用[M].北京：机械工业出版社，2005（07）.

【2】FANUC公司.FANUCACSERVOSOFTWARE90B3series90B7seriesLEARNINGFUNCTIONOperator’smanualA-63639E-070/05.日本：FANUCInc.2009.