【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于數控機床加工補償和數控系統通訊領域，涉及一種基于nc-link協議通訊的機床自適應控制方法。
技術介紹
1、nc-link協議是一種專為數控系統和工業自動化設備設計的協議。隨著制造業向智能化、自動化轉型，對設備之間高效、可靠的數據交換需求不斷增加，企業希望能夠實時監控設備狀態，以提高生產效率和設備利用率，隨著互聯網和局域網技術的發展，tcp/ip成為工業通信的主流基礎，nc-link協議通常基于此協議，支持高效的數據傳輸，為了實現不同設備和系統之間的互聯互通，行業內需要標準化的通訊協議。nc-link協議的設計旨在兼容多種設備，使得不同制造商的設備能夠共同工作，工業4.0強調數據的采集和利用，nc-link協議在此背景下應運而生，支持設備之間的數據共享數控系統需要能夠與其他智能設備(如傳感器、plc等)進行無縫對接，實現智能控制和數據分析。在數控機床中，nc-link協議被廣泛應用于實現機床與控制系統、監控系統之間的數據傳輸。nc-link通訊協議的
技術介紹
是在制造業自動化、網絡技術進步和工業4.0的推動下發展形成，為數控系統和工業設備之間的高效、可靠通信提供了必要的技術支持，助力智能制造的實現。
2、自適應加工是一種先進的制造技術，旨在通過實時監測和調整加工參數，提高加工過程的效率和精度。隨著市場需求的變化，制造業逐漸向個性化、小批量生產轉型，傳統的固定加工模式難以滿足靈活性和效率的需求，工業4.0的興起推動了智能制造的發展，自適應加工成為實現智能化生產的重要手段，通過在加工設備上安裝各種傳感器(如力
技術實現思路
1、本專利技術提供一種基于nc-link協議通訊的機床外置式綜合自適應加工控制方法，以確保加工過程中切削力恒定提高加工效率，采用通過主軸電流或主軸功率利用模糊算法估計切削力大小，并通過實時調控進給速度的方式改變主軸功率，從而達到自適應控制加工。
2、一種基于nc-link協議通訊的機床自適應控制方法，其特征在于，所述方法具體步驟如下：
3、步驟1，通過apiserver連接數控系統；nc-link適配器首先與apiserver建立tcp/ip連接，然后通過apiserver向數控系統發送連接請求。apiserver充當中間層，對請求進行驗證和轉發。一旦連接建立，nc-link適配器就可以通過apiserver向數控系統發送各種指令和數據，如讀取機床狀態、下發加工程序等。apiserver負責協議轉換和數據處理，確保nc-link適配器與不同類型的數控系統之間能夠順暢通信；
4、步驟2，建立mqtt客戶端并連接mqtt服務器；設備使用nc-link協議接口從設備中接收數據，選擇一個適合的mqtt庫，例如pahomqtt、mosquitto、emqx等，實現mqtt客戶端連接到mqtt服務器，并能夠發布數據到指定的topic，將nc-link數據轉換為mqtt協議可以理解的格式(例如json)，將格式化的數據通過mqtt客戶端發布到mqtt服務器。
5、步驟3，查找mqtt服務器中的節點參數名并建立節點對象；在數控系統參數列表中，查找與機床主軸電流或主軸功率和進給速度的plc寄存器對應的mqtt服務器節點參數名；在自適應補償計算機中建立nc-link節點對象；
6、步驟4，通過matlab建立恒功率的自適應模糊控制器；
7、模糊控制器的控制規則設定需要選擇合適的詞集來描述輸入輸出變量。通過組合大、中、小和正、負兩個方向概念，另外再加入變量為零的狀態，一共可以形成七個詞匯，即{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}。制定對應的模糊化解模糊控制策略后，誤差e的模糊集和誤差變化ec的模糊集求出后，控制量u的模糊集可以用模糊推理算法綜合得到:
8、u＝e×ec·r
9、式中，r稱為模糊算法的關系矩陣。
10、確定模糊控制器的參數時，輸入變量的論域和輸出變量的論域必須在設計具體的模糊控制器之前予以確定。例如作為輸入量的主軸功率、功率變化率的變化區間，以及作為輸出量的進給速度的變化區間。同時，必須合理選擇模糊控制器的比例因子和量化因子。這兩種因子對模糊控制器的控制性能有較大影響。假定將誤差的基本論域設置為[-x，+x]，而誤差的模糊集論域是{-n，-n+1，...，0，...，n-1，n}，據此，誤差的量化因子k可以用下面的式子來確定:
11、k＝n/x
12、同理，輸出控制量的比例因子l與誤差變化的量化因子j同樣可以按照上面的方法來確定。
13、采用了二維的模糊控制器來實現機床的恒功率自適應控制。在控制算法中，首先設定目標切削功率p，將目標切削功率p與切削加工中實際測量得到的主軸切削功率進行比較以獲得誤差ep和誤差變化率cp。將其輸入到模糊控制器中進行模糊化處理，通過模糊控制器處理后得到的進給倍率的調整量δu并輸入到plc內部以此改變進給速度，進而實現了切削過程的智能控制，并以此過程循環控制來實現切削過程的主軸功率保持在目標切削功率p附近。
14、借助matlab的fuzzylogictoolbox構建模糊控制器。在matlab的模糊邏輯編輯窗口(fiseditor)下編輯ep、cp和控制量δu的隸屬度函數，系統提供了多種隸屬度函數類型可供選擇，同時也允許用戶自己進行定義。因為采用重心法用于輸出量的非模糊化處理，因此，在模糊邏輯編輯窗口中，在"defuzzification"選項中，選擇"centroid"選項，系統會自動采用重心法來完成輸出量的去模糊化。在模糊控制中，模糊控制規則以"if...then..."的表達形式展現，可以通過隸屬度規則編輯器設計和修改。經過該編輯器修改的模糊規則通用且方便，其過程是:首先完成輸入量各語言變量的自行匹配，然后通過人機交互圖形界面選擇對應的輸出變量語言即可。至此，基于fuzzylogictoolbox的模糊控制器制作完成，在該模糊控制器中，用戶可以在輸入量的論域范圍內設置相應的輸入，即可得到對應的輸出值。
15、步驟5，讀取機床并獲取主軸電流和進給速度數據；自適應補償計算機從第三步中查找到的機床的plc寄存器對應的nc-link節點參數中，讀取數控機床的主軸電流或主軸電壓；并讀取機床進給速度，利用機械主軸電流通過模糊控制算法判斷切削力，并計算進給速度誤差補償值；
16、步驟6，寫入自適應調控補償值至本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于NC-Link協議通訊的機床自適應控制方法，其特征在于，具體步驟如下：
2.根據權利要求1所述的一種基于NC-Link協議通訊的機床自適應控制方法，其特征在于，步驟4中，模糊控制器的控制規則設定需要選擇合適的詞集來描述輸入輸出變量；通過組合大、中、小和正、負兩個方向概念，另外再加入變量為零的狀態，共形成七個詞匯，即{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}；制定對應的模糊化解模糊控制策略后，誤差E的模糊集和誤差變化EC的模糊集求出后，控制量U的模糊集用模糊推理算法綜合得到：
3.根據權利要求2所述的一種基于NC-Link協議通訊的機床自適應控制方法，其特征在于，確定模糊控制器的參數時，輸入變量的論域和輸出變量的論域必須在設計具體的模糊控制器之前予以確定；作為輸入量的主軸功率、功率變化率的變化區間，以及作為輸出量的進給速度的變化區間；選擇模糊控制器的比例因子和量化因子，對模糊控制器的控制性能有較大影響；將誤差的基本論域設置為[-x，+x]，誤差的模糊集論域是{-n，-n+1，...，0，...，n-1，n}，誤差的量化因子k用下面的式子來確定：<...
【技術特征摘要】
1.一種基于nc-link協議通訊的機床自適應控制方法，其特征在于，具體步驟如下：
2.根據權利要求1所述的一種基于nc-link協議通訊的機床自適應控制方法，其特征在于，步驟4中，模糊控制器的控制規則設定需要選擇合適的詞集來描述輸入輸出變量；通過組合大、中、小和正、負兩個方向概念，另外再加入變量為零的狀態，共形成七個詞匯，即{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}；制定對應的模糊化解模糊控制策略后，誤差e的模糊集和誤差變化ec的模糊集求出后，控制量u的模糊集用模糊推理算法綜合得到：
3.根據權利要求2所述的一種基于nc-link協議通訊的機床自適應控制方法，其特征在于，確定模糊控制器的參數時，輸入變量的論域和輸出變量的論域必須在設計具體的模糊控制器之前予以確定；作為輸入量的主軸功率、功率變化率的變化區間，以及作為輸出量的進給速度的變化區間；選擇模糊控制器的比例因子和量化因子，對模糊控制器的控制性能有較大影響；將誤差的基本論域設置...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙永勝，霍宇佳，郭詩瑤，王瑞斌，劉英智，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：
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