基于PSD深孔钻削孔轴线在线检测方案探讨

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2024年3月19日发(作者：)

第１２期　

２０１３年１２月　

组合机床与自动化加工技术　

Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　

Ｎ０．１２　

Ｄｅｃ．２０１３　

文章编号：１００１—２２６５（２０１３）ｌ２—００６４—０４　

基于ＰＳＤ深孔钻削孔轴线在线检测方案探讨冰　

宁　磊　，于大国　一，孟晓华　

（１．中北大学机械工程与自动化学院，太原

０３００５１）　

０３００５１；２．山西省深孔加工工程技术研究中心，太原　

摘要：在深孔钻削过程中，当钻削孔深度增加时，钻头会出现偏斜，如果能够及时检测出钻削过程中　

产生的偏斜，采取相应的措施会降低零件误差或减少报废。针对钻头在深孔钻削过程中易出现偏斜　

的问题，在分析了ＰＳＤ结构和工作原理后，提出利用光反射原理和快速发展的ＰＳＤ技术对钻头倾角　

和位置的变化进行在线检测的方案，分析方案在不同情况下钻头偏转和位移变化，得出检测方案可　

减少孔轴线偏斜，为以后深孔加工孔轴线在线检测研究提供一定的参考。　

关键词：深孔；偏斜；激光；在线检测；　

中图分类号：ＴＨ１６５　文献标识码：Ａ　

Ｔｈｅ　Ｈｏｌｅ　Ａｘｉｓ　ｏｆ　Ｄｅｅｐ　Ｈｏｌｅ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｏｎｌｉｎｅ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｓｃｈｅｍｅ　Ｐｒｏｂｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＳＤ　

ＮＩＮＧ　Ｌｅｉ　．ＹＵ　Ｄａ—ｇｕｏ　ｒ．ＭＥＮＧ　Ｘｉａｏ—ｈｕａ　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００５　１，Ｃｈｉｎａ；２．　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｄｅｅｐ　Ｈｏｌｅ　Ｍａｃｈｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００５　１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｈｏｌｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌ　ｗｉｌｌ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｙ　ａｐｐｅａｒ　ｓｋｅｗｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　

ｔｈｅ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｈｏｌｅｓ，ｉｆ　ｔｈｅ　ｓｋｅｗ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｅｔｅｃｔｅｄ　ｔｉｍｅｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　

ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｔａｋｅｎ，ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｐａｒｔｓ　ｅｒｒｏｒ　ｏｒ　ｒｅｄｕｃｅ　ｓｃｒａｐｐｅｄ　ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ．Ｉｎ　ａｌｌｕｓｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　

ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌ　ｗｉｌｌ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｙ　ａｐｐｅａｒ　ｓｋｅｗｅｄ，ａｆｔｅｒ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＰＳＤ，ｐｕｔｔｉｎｇ　ｆｏｒ—　

ｗａｒｄ　ｔｏ　ａ　ｓｃｈｅｍｅ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｕｔｉｌｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＰＳＤ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌ　ｂｉｔ　ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｃｈａｎｇｅｓ，ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　

ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ，ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｃａｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｈｏｌｅ　ａｘｉｓ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ａｘｉｓ　ｏｎｌｉｎｅ　ｄｅｔｅｃ—　

ｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｈｏｌｅ；ｄｅｖｉａｔｉｏｎ；１ａｓｅｒ；ｏｎｌｉｎｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　

０　引言　

深孑Ｌ轴线检测是深孔类零件加工过程中的一个重　

要组成部分，是对深孔零件进行质量控制和管理的重　

要手段”　。如果能够及时检测出钻削过程中产生的偏　

斜，并对其采取相应的措施会降低零件误差或减小报　

废的现象。然而影响孑Ｌ轴线偏斜的因素有许多，比如：　

加工方式的不同、导向套的偏心、工件端面的偏斜、钻　

杆的刚度和材质硬度不均匀、机床振动和外部振动的　

干扰等　。只有从根本上了解影响孔轴线偏斜的因　

素，提出切实可行的方案解决问题，才能够保证加工质　

量提高加工效率。　

在国外，如日本的Ａｋｉｏ　Ｋａｔｓｕｋｉ等人开发使用高性　

能的激光制导深孔镗刀，能够预防钻孑Ｌ偏斜ｌ３　；瑞典　

收稿日期：２０１３—０４—１０　

Ｓａｎｄｖｉｋ　Ｃｏｒｏｍａｎｔ公司和德国的Ｇｕｈｒｉｎｇ公司也相继投　

入了大量的人力和财力进行孔轴线偏斜研究　Ｊ，最终也　

只是提出了一些减ｄｑＬ轴线偏斜的途径；ｃ．Ｈ．Ｇａｏ　从　

切屑变形和切削力的角度对ＢＴＡ深孔钻削加工过程进　

行了研究分析，通过实验数据建立了轴向力、侧向力的　

经验公式，为研究深孔偏斜提供了理论成果；Ｙ．Ｓ　Ｌｉｕ＿６　

设计了深孔直线度测量的自动控制系统，通过配套软件　

的使用，使直线度误差控制在０．３６６范围内。　

在国内，西安工业大学的白万民根据弹性力学原　

理并利用有限元法，推导了深孔钻削时孔中心线偏移　

量的计算公式，并提出了减小孔中心线偏移量的措施；　

西安理工大学的孑Ｌ令飞等人将稳健设计理论应用于深　

孔加工孔轴线偏斜问题研究中；中北大学机械制造工　

艺研究所于２００９年５月研究成功了超声波深孔加工　

基金项目：国家自然科学基金（５１１７５４８２）；山西省国际合作项目“中韩合作ＢＴＡ深孔加工的动态稳定性研究”（２０１２０８１０３０）；中北大学校基金　

（２０１２１１１）　

作者简介：宁磊（１９８７一），男，山东费县人，中北大学机械工程与自动化学院，硕士研究生，主要研究方向为深孔加工技术，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｎｌ一１５８＠１２６．　

ｃｏｒｎ。　

２０１３年１２月　宁　磊，等：基于ＰＳＤ深孔钻削孔轴线在线检测方案探讨　・６５・　

测厚仪使解决孔轴线偏斜问题向前迈进了一大步，为　

实现在线纠偏提供了支持　。　

随着现代科学技术的发展，深孑Ｌ钻削的检测技术　

也随之得到了发展。采用电感、电子、激光等先进检测　

技术，并用计算机采集、处理、存储、检测数据　，在很　

大程度上保证了孑Ｌ的轴线不偏斜。深孔加工又是一种　

封闭式或半封闭式加工方式，操作人员无法直接观察　

到刀具切削情况，只能依靠听声音、看切屑、油压、观察　

机床负荷等判断切削中的加工情况，在多数情况下，深　

孔加工只能跟着感觉走，造成加工质量不稳定　。因　

此，对钻头走向的实时监测，应作为深孔加工控制技术　

中优先的课题加以研究和解决。　

２　ＰＳＤ的结构和工作原理　

ＰＳＤ是一种新型横向光电效应器件，与光导摄像　

管及固体摄像器元件相比，有许多独特的优越性，具有　

不存在测量死区、分辨率高、响应速度快、外围电路简　

单等优点。在位移位置检测、精密尺寸测量、三维空间　

位、高能物理等技术领域具有独到之处和广泛应　

用¨　。ＰＳＤ可分为一维和二维两种，这里主要介绍二　

维ＰＳＤ结构和工作原理。　

二维ＰＳＤ可以用来测量两个方向的位置坐标，原　

理图及等效电路图如图１所示。　

图１二维ＰＳＤ原理图及等效电路图　

ＰＳＤ的工作原理是基于横向光电效应，当入射光　

　一

照射到光敏面上某一点后，光生载流子在薄层中流动，　

可用两个正交分量表示：平行于　轴方向的分量，　和　

平行于Ｙ轴方向的分量，　，且　＋Ｉｙ＝，０，Ｉｏ为光生总　

电流。根据载流子的移动按照欧姆定律分配的规律，　

得到每个电极上的电流表达式：　

１＝　（Ｒ　／（Ｒ　１＋／Ｒ　））　（１）　

＝

Ｉｘ（Ｒ　１／（Ｒ　。＋／Ｒ　２））　（２）　

，　＝ｌｙ（Ｒ但／（Ｒ　ｌ＋／Ｒｖ２））　（３）　

ｌｙ２＝　（Ｒ　／（Ｒ　＋／　））　（４）　

其中：　，ｔ　，，　。，，ｖ２分别为各个电极上的电流。　

当电阻层均匀时有　

Ｒｘｌ

＝

（　㈦／（　（５）　

Ｒ，ｘ

＝

（　＋ｙ）／（　（６）　

联立式（１）一（６）可求出光点在ＰＳＤ光敏面上的　

位置坐标的表达式　

ｚ：Ｌ（　一　）／２（　＋　）　（７）　

Ｙ＝Ｌ（１ｙ２一Ｉｒ。）／２（Ｉｔ２＋，　。）　（８）　

其中：　为ＰＳＤ光敏面的宽度。　

由式（７）和（８）可知只要检测出４个电极上电流　

的大小，即可计算出坐标　和Ｙ的值。　

３在线检测系统方案构思　

３．１检测系统装置组成　

检测系统装置主要由激光器、反射镜、立方角锥棱　

镜、检测钻头倾角（位置）ＰＳＤ、信号处理仪、Ａ／Ｄ转换、　

计算机等组成，装置结构简图如图２。　

１　，　４　６　７　Ｒ　９　１ｎ　

１．钻头２．立方角锥棱镜３．反射镜４．内固定架５．输油器６．进给箱７．激光　

器８．检测钻头位置ＰｓＤ　９检测钻头倾角ＰＳＤ　１０ｌ夕　固定架　

图２装置结构简图　

为了保证反射光束能够照射在外固定架内的ＰＳＤ　

上，装置中用于检测钻头倾角ＰｓＤ和钻头位置ＰＳＤ的高　

度应在反射光束的照射范围内。同时外固定架安装在机　

床上，钻削开始前调整外固定架位置使发射激光束照在　

ＰＳＤ的坐标原点，位置调整后将固定架固定住。为了便于　

理解，用于测量倾角的入射光束和反射光束用两条线表　

示。　

３．２检测系统工作原理　

调整外固定架位置，使反射光束正好照射在ＰＳＤ的　

坐标原点，将外固定架固定在机床上。固定在外固定架　

的两个激光器分别发出脉冲光束，光束平行于钻杆初始　

轴线穿过钻杆的过光孑Ｌ到达反射镜或立方角锥棱镜。　

其中一条光束射向相对于钻头固定的立方角锥棱镜，由　

于该棱镜的特点，光束通过立方体角锥棱镜后，会以平　

行于入射光束返回到检测钻头位置ＰＳＤ。检测钻头位　

置ＰＳＤ会以光电流的形式输出四个极其微弱的信号，连　

接ＰＳＤ的信号处理仪会对四路光电流进行放大处理并　

转换成模拟电压信号，模拟电压信号再由Ａ／Ｄ转换器　

转换成数字量，经单片机处理后经接口电路将单片机输　

出的ＴＴＬ电平，转换为供计算机串口读取的电平，经计　

算机处理计算最终得出钻头位置的变化，亦即钻头在其　

轴线法面内的位置变化。另一条光束也平行于钻头初　

始轴线，穿过检测钻头倾角ＰＳＤ上开设的微孔，射向反　

射镜，由反射镜返回到检测钻头倾角ＰＳＤ，信号最终由　

计算机处理可以得到钻头倾角的变化。通过所测得的　

钻头位置、姿态数值，间接反映了孔的精度，实现了对孔　

的间接的在线检测。检测系统工作原理图如图３。　

图３检测系统工作原理图　

・

６６・　组合机床与自动化￣ｊｕ－ｒ技术　第ｌ２期　

３．３激光器和钻头的设计　

激光器的设计：半导体激光头发出波长为６３５ｎｒａ的　

脉冲激光束，经过位于焦平面上的物镜汇聚后发出平行　

光束，通过相当于倒置的望远镜的透镜系统将激光光束　

压缩成直径为１　ｍｍ的激光束，然后通过光阑调节，

光／＼［＝＝＝±二＝＝］　

最后　

出射的光束为直径小于０．５ｍｍ的平行激光束¨　。这样　

设计激光器的目的是保证发出激光束直径小且平行，减　

少对测量误差的影响。激光器简图如图４。　

倒置望远镜　

图４　激光器简图　

钻头的设计：钻头经过改　

造采用的是小直径段，小直径　

段不仅提供了安装光学镜的　

空问，更重要的是，小直径段　

的存在，使得调整钻头姿态　

图５钻头结构简图　

（即角度）变成可能，钻头结构　

简图如图５。　

４检测情况分析　

当钻头钻削工件时大致会出现四种情况：钻削正常、　

钻头绕　轴偏斜、钻头沿Ｙ轴平移、钻头绕　轴偏斜和沿Ｙ　

轴平移。　

（１）钻削正常　

当钻头钻削正常时，固定在钻头的反射镜和立方　

角锥棱镜位置都不会变化，测量系统示意图如图６。　

从示意图中我们可以看出激光发射器发出的光束经过　

反射镜或立方角锥棱镜，反射光束都照在ＰＳＤ的坐标　

原点Ｏ。和０　。由于在检测钻头倾角的ＰＳＤ中心Ｏ　

开一个微小孑Ｌ，因此当反射光束照射在０　点时ＰＳＤ　

不会有电流产生也就不会有坐标变化，但是此时可视　

坐标为（０，０）；与０　不同０　处会有光电流产生，依据　

公式（７）和（８）同样可以得到０　坐标为（０，０）。　

头倾角ＰＳＤ　

头倾角ＰＳＤ　

图６钻削正常示意图　

（２）钻头绕　轴偏斜　

假设当钻头绕　轴左偏斜０时，示意图如图７，其　

它情况类似，其中细虚线代表初始位置，粗实线代表倾　

斜后的位置。假设偏斜的角度　为比较小，反射光线　

照射在检测钻头倾角ＰＳＤ的位置为Ａ，照射在检测钻　

头位置ＰＳＤ的位置为Ｂ，Ｏ。到反射镜距离为ｍ，Ｏ，到　

立方角锥棱镜的距离为ｎ，Ａ坐标为（ｏ，ｂ）。图８是钻　

头绕　轴偏斜０时测量倾角的示意图。由图８空间角　

度分析当反射镜随钻头偏斜　时，可以得到Ｏ　Ａ之间　

的夹角为２　，因ｔａｎ２０＝０　Ａ／ｍ，０　Ａ＝＾／／０　＋ｂ。，可以　

推导出　＝１／２ａｒｃｔａｎＯ。Ａ／ｍ。根据ＰＳＤ工作原理以及　

公式（７）和（８）可以得到Ａ点的坐标，进而求出偏斜的　

角度０。又因为偏斜角０比较小立方角锥棱镜位置基　

本不变，所以０　Ｂ一０，即Ｂ点位置几乎与０，重合。即　

使当偏斜角０很小时，在Ａ和日两种情况下可以很轻　

松看出０　Ａ远大于０：Ｂ，因此得出钻头处于绕轴偏斜　

的情况下　

图７钻头绕轴左偏斜示意图　图８测量倾角示意图　

（３）钻头沿Ｙ轴平移　

假设当钻头沿Ｙ轴向上平移时，示意图如图９，其　

它情况类似。因为外固定架不会移动，所以安装在固　

定架里的激光器位置不变。激光器发出的光束会经反　

射镜原路返回，照在点０　。而立方角锥棱镜的入射光　

束和反射光束是平行的，当钻头向上平移ｈ时，可以参　

考文献［１２］中的角锥棱镜的位移与光束移动的关系　

得出０　Ｂ的大小为２　。很直观的看出测量结果比实　

际偏移大一倍，因而测量的灵敏度也相应提高了一倍。　

（４）钻头绕　轴偏　

斜和沿Ｙ轴平移　

当钻头绕　轴左偏　

斜和沿Ｙ轴上平移，示意　

图如图ｌ０，其它情况类　

似。我们依然采用（２）　

图９钻头沿轴上平移示意图　

（３）的假设，因为偏角　

比较的小，所以立方角锥棱镜的位置几乎不变只是平　

移了ｈ。这种情况就是（２）和（３）情况的结合，因此我　

们可以通过粗略计算得到。　

０１Ａ＝ｍｔａｎ２０，０２Ｂ　２　

图１０绕左偏斜和沿上平移示意图　

２０１３年ｌ２月　宁　磊，等：基于ＰＳＤ深孔钻削孔轴线在线检测方案探讨　・６７・　

５　结束语　

通过以上的分析我们可以得到：假如Ａ和　的坐　

标都是（Ｏ，０），得知钻头处于正常情况下；假如Ｂ点坐　

标几乎接近坐标原点，而Ａ点离得较远时，钻头处于绕　

轴偏斜情况下；假如Ａ点坐标为（０，０）Ｂ点为（０，２ｈ）　

时，钻头向上平移了ｈ；当Ａ和　坐标都离坐标原点较　

远，钻头既偏斜又平移。Ａ点和　点的坐标可以根据　

ｂｏｒｉｎｇ　ｔｏｏｌ：Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｇｕｉｄｉｎｇ　ｓｔｒａｔｅｇｙ［Ｊ］．Ｐｒｅｃｉ—　

ｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，３５：２２１—２２７．　

［４］高本河，郑力，李志忠，等．深孔钻削中孔轴线偏斜的纠偏　

理论与方法研究［Ｊ］．兵工学报，２００３，２４（２）：２３４—２３７．　

［５］Ｃ．Ｈ．Ｇａｏ，Ｋ．Ｃｈｅｎｇ，Ｄ．Ｋｉｒｋｗｏｏｄ．Ｔｈｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　

ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ＢＴＡ　ｄｅｅｐ　ｈｏｌｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　

Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　１０７（２０００）２２２—２２７．　

［６］Ｙ．Ｓ　Ｌｉｕ，Ｔ．Ｑ　Ｗａｎｇ，Ｘ．Ｙ　Ｍａ．Ｈｏｌｅ　ｓｔｒａｉｇｈｔｎｅｓｓ　ｍｅａｓｕｒｅ—　

公式（７）和（８）计算出，由计算机对采集到的数据进行　

处理，最终算出钻头偏斜的角度和位置的变化。　

要提高加工孔的质量，从影响孔轴线偏斜的因素　

进行分析，并借助于现有的技术提出切实可行的方案。　

深孔轴线在线检测系统将光的反射原理以及ＰＳＤ技　

术结合起来，虽然技术不是很成熟并且有一定的局限　

ｍｅｎｔ　ｆ　ｏＡｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｄｉａ　Ｅｎｇｉ・　

ｎｅｅｒｉｎｇ　１５（２０１１）２８８～２９２．　

［７］尹晓霞．难切削材料的深孔钻削及纠偏技术研究［Ｄ］．太　

原：中北大学，２０１０．　

［８］王世清．深孔加工技术［Ｍ］．西安：西北工业大学出版社，　

２００３．　

［９］杨顺田，侯忠坤．深孑Ｌ钻削中受力分析与切削参数定量分　

析［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１３，（１）：１１３—　

１１７．　

性，但是可以给深孔钻削加工中孔轴线检测提供了一　

定的参考，因此该课题的研究必将是长期的。　

［参考文献］　

［１０］庞亚平．位置敏感探测器的发展状况及应用研究［Ｊ］．科　

技情报开发与经济，２００６，１６（２４）：１８３—１８４．　

［１１］王国辉，侯新忠．基于ＰＳＤ器件的深孔直线度检测设计　

研究［Ｊ］．装甲兵工程学院学报，２００４，１８（４）：６２—６５．　

［１］王宁侠．深孔直线度检测装置的设计及应用［Ｊ］．机械设　

计与制造，２００７（２）：１２—１３．　

［２］刘雷，杨文宽．深孔轴线偏斜因素分析［Ｊ］．齐齐哈尔大　

学学报（自然科学版），２０１１，２７（１）：９３—９４．　

［３］Ａｋｉｏ　Ｋａｔｓｕｋｉ，Ｈｉｒｏｍｉｃｈｉ　Ｏｎｉｋｕｒａ，Ｔａｋａｏ　Ｓａｊｉｍａ．Ｄｅｖｅｌｏｐ—　

ｍｅｎｔ　ｏｆ　ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｈｉｇｈ－－Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　１ａｓｔｅｒ．－ｇｕｉｄｅ　ｄｅｅｐ—ｈｏｌｅ　

［１２］匡萃方，冯其波，陈士谦等．基于激光准直直线度测量方　

法的研究［Ｊ］．光学技术，２００３，２９（６）：６９９—７０１．　

（编辑赵蓉）　

（上接第６３页）　

面临的若干重要问题［Ｊ］．自动化学报，２００１，２７（４）：　

５６７—５８１．　

４结束语　

（１）针对粉末冶金数控液压机的电液位置伺服系　

统具有时变性、强干扰等特性，而常规ＰＩＤ控制器对这　

样的系统又难以达到理想的控制效果，因此设计了模　

糊ＰＩＤ控制器对系统进行自适应控制。　

（２）为了验证模糊ＰＩＤ与ＰＩＤ控制的对比效果，　

分别用模糊ＰＩＤ控制与ＰＩＤ控制对粉末冶金液压机的　

［２］关景泰．机电液控制技术［Ｍ］．上海：同济大学出版　

社，２００３．　

［３］高钦和，龙勇，马长林，等．机电液一体化建模与仿真技　

术［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１２．　

［４］曾光奇，胡均安，王东，等．模糊控制理论与工程应用　

［Ｍ］．武汉：华中科技大学出版社，２００６．　

［５］田凡．电液伺服系统模糊ＰＩＤ控制仿真与试验研究［Ｄ］．　

太原：太原理工大学，２０１０．　

电液伺服系统进行仿真分析。仿真结果表明：在系统　

正常工作状态（即无干扰，无参数时变）下，模糊ＰＩＤ　

比常规的ＰＩＤ控制具有更好的控制性能，但其控制性　

能的优越性并不是很明显；在系统有干扰的状态下，与　

常规ＰＩＤ控制相比，模糊ＰＩＤ具有良好的抗干扰能力；　

在系统阻尼比　发生变化的状态下，由于模糊ＰＩＤ控　

制器具有自适应调整其ＰＩＤ参数的特性，仍然对系统　

具有良好的控制能力，表现出了很强的自适应控制性　

能，而这时常规ＰＩＤ对系统的控制能力有较大的下降，　

甚至控制系统出现不稳定的现象。因此，综合常规　

ＰＩＤ控制与模糊ＰＩＤ控制的单位阶跃响应的情况，模　

糊ＰＩＤ控制器比常规ＰＩＤ控制器具有更优的控制性　

能。　

［参考文献］　

［１］胡包钢，应浩．模糊自适应ＰＩＤ控制研究发展回顾及其　

［６］张化光，孟祥平．智能控制理论及应用［Ｍ］．北京：机械　

工业出版社，２００５．　

［７］韩江，余仲元，何高清，等．模糊自适应ＰＩＤ控制在数控　

精密校直机电液伺服系统中的应用研究［Ｊ］．组合机床　

与自动化加工技术，２００９（８）：５４—５６．　

［８］Ｏｙｓａｌ　Ｙ．，Ｋｏｋｌｏｋａｙａ　Ｅ．，Ｙｉｌｍａｘ　Ａ．Ｓ．．Ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　

ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｌｏａｄ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｓｉｎｇ　ｇａｉｎ　ｓｃａｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　

［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ－　

ｉｎｇ，１９９９：１７８．　

［９］Ｗａｎｇ　ｎｉｎｇ．Ａ　ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｆｏｒ　ｍｕｔｉｌ—ｍｏｄｅｌ　ｐｌａｎｔｓ　

［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　２００２　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｏｉｌ　Ｍａｃｈｉｎｅ　

Ｌｅａｒｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ，２００２（３）：１４０１—１４０４．　

［１０］张建民，王涛，王忠礼．智能控制原理及应用［Ｍ］．北　

京：冶金工业出版社，２００３．　

（编辑赵蓉）　

本文标签： 检测钻头偏斜轴线位置