锻造工艺是生产制造业的重要环节，锻压机在锻造工件的过程中气锤对铁砧造成重大的冲击，时间长了，铁砧因此会发生变型，铁砧的变型将影响工件质量。传统的方法是用吊索悬挂一个电动砂轮对铁砧直接磨平，操作时一人在前方用绳索牵引砂轮机的移动方向，一人掌控给进速度和摩擦角度，这样操作后果：一是，磨平质量不高，因为人工操作不仅是操作者的经验和水平同时也有很大的随意性，多人操作很难整齐划一；二是人工操作有很大的危险性、一个6吨锻压机的铁砧人工磨平往往耗时一个月左右，长时间的操作使得操作者处于危险之中，砂轮飞锯的事故时有发生；三是速度慢，没有严格的规划，重复性操作多，造成时间浪费。锻压机铁砧磨平系统有非线性、随机性和大滞后的特点，在其控制过程中，砂轮给进度是一个非常重要的控制参数。对待这种问题常采用的控制方法是传统的PID控制，但这种PID控制适应能力差，对高频干扰非常敏感。由于给进度是一个非线性时变参数，加上工作环境的随机性，很难建立一个精确的数学模型。而模糊和神经网络控制是一种非线性控制方式，对无法取得数学模型或数学模型相当粗糙的系统可以取得满意的控制效果[1-3]。
1.控制对象分析及系统总体框架
根据锻造机的铁砧磨平工艺流程和给进系统的分析，可以总结出它的给进系统具有以下控制特性：
（1）磨平机的给进度与砂轮的转速之间具有明显的非线性。
（2）具有较大的时间滞后。由于测高传感器有一定的反应周期，以及砂轮电机的转速变化使得给进系统也发生偏差，造成了时间滞后。
（3）具有灰色性。砂轮外圆的磨损、形状、铁砧密度、材质以及温度等信息不能获得，而这些因素对砂轮给进速度都有影响。
综上所述，由于磨平机的给进度和砂轮机转速时刻变化、存在传感器测量滞后、灰分测量值存在检测滞后等原因，在实际的磨平操作中不能简单的按照传统的PID控制。基于反馈的系统控制结构图如图1所示。
图1中，yd（t）为给定值，y（t）为对象的实际值，K1，K2为比例系数，x1、x2为模糊输入值，FNNC为模糊神经网络控制器，△u’（t）分别为模糊值增量、△u（t）实际值增量、u（t-1）上一次实际值，u（t）为控制器的实际输出值。
2.锻压机铁砧的磨平工艺
四坐标简易磨平机包括XYZ三个坐标轴运动方向和砂轮电机的转动，XYZ三个坐标轴运动方向分别由有3个电机驱动，分别存放于3个方向，它们分别是：Z轴上部的电机平台、X轴牵引位置、Y轴的牵引位置，XY的具体位置根据工作环境具体确定。铁砧磨平结构采用双立方体串联结构，结构采用钢丝绳索、连杆架、铰接机构、砂轮机等组成。优点：一保证了砂轮机构工作水平面运动，提高工件的质量，只有砂轮工作面接触，保护铁砧磨平结构；二铁砧与磨平机构是软连接，避免砂轮电机与铁砧因刚性接触造成砂轮的破损、砂轮机的飞车事故等。三简易磨平机是双立方体串联结构，受重力作用，多数部件是关联被动工作，这样可以减少驱动部分和执行机构。铁砧磨平工艺示意图如图2所示。
3.控制系统的软件设计
铁砧磨平机系统是以PLC作为主控制器、单片机为模糊控制器。为了使上位机和伺服系统之间进行高速可靠的数据通讯，采用了高性能的总线通讯模块。伺服系统由四套交流伺服电动机作为执行元件分别用于Z轴的升降运动、Y轴的前后运动，X轴的左右运动、和砂轮电机的单向运动。电气控制系统组成结构框图如图3所示：
图3 电气控制系统组成结构
3.1 上位机PLC程序设计
系统软件采用模块化结构设计，系统分为上位机部分和下位机两部分，上位机为工控机，完成对机器人的总体控制。下位机由PLC和单片机组成，为伺服控制软件执行体。PLC采用标准的梯形图语言进行开发，IO控制能力强，通讯方便，实现了机器人运动规划、与伺服系统和触摸屏的通讯以及出错处理等单片机实现对下面的伺服控制器进行控制，实现伺服电机的高效运动。在手动模式下，可以通过示教板对机器人的点位进行示教。上位机和驱动器之间通过485总线进行信息交互。
PLC根据简易磨平机的工作原理，上位计算机发送指令使得PLC完成初始化、复位、进入位置控制模式，异常情况报警等操作。控制系统首先完成砂轮机位置的实时检测，位置检测用接近传感器，传感器的分辨率为1mm，满足最小宽度检测的要求，通过左右传感器来实现退刀、换向和新起刀；通过PLC输出信号控制各个伺服电动机旋转，并将伺服电动机的必要信息反馈回主控计算机。
3.2 模糊控制部分
伺服接收单元接收控制器发来的控制信号，对电机进行控制；模糊控制器发送来的伺服电动机位置信息，模糊控制器的主芯片采用ALTERA公司32位处理器，芯片型号为Cycl-one II。与传统的嵌入式处理器相比，该处理器更加灵活，具有定制特性，可以根据自身的系统要求、性能要求和成本要求进行定制。该处理器还可以将上位机输出的控制信号转换成PWM信号，实现机器手运动中的旋转运动。在每个伺服电动机后装有光电编码器，光电编码器的分辨率为1000脉冲/转；采集单位时间的增量脉冲，确定当前电动机的运行状态；控制器进行信号采集光电编码器的编码，用以控制电动机的控制精度。在每个1ms的小间隔内从码盘寄存器中读出关节的当前位置，根据参数模糊自整定PID控制算法计算当前D/A输出值，同时查询模糊控制器状态及伺服电动机位置状态。
砂轮机的给进控制精度取决于伺服电动机一的控制水平，在这个系统中每个模糊控制器控制一个执行机构，控制器的结构如图4所示，yd（t）为执行机构的期望位置，y（t）为执行机构的实际位置，K1、K2为位置量化因子，e为执行机构的位置误差，e经微分器微分后的误差变化率为ec，分别将e、ec的论域转化为模糊控制器的输入论域，转化后得到的模糊控制器的输入x1，x2。y为模糊控制器的输出，K3为量化因子，将模糊控制器的输出论域转化为实际的输出论域，控制器输出作用于伺服电动机0～5V的电压信号。
3.3 网络各层的输入输出关系
网络各层的输入输出关系，在下列各式中，in（h）ij、out（h）ij分别为第h层第个输入第个神经元的输入和输出。
4.结论
本文对锻造设备的铁砧磨平系统工艺进行了详细介绍，对影响磨平机的工艺因素进行了分析，在此基础上，对磨平工艺系统进行了改造，将工作时间缩短为15天，相对以前一个月的时间大大提高工作效率。因此，本文提出的基于模糊神经网络的反馈控制策略，为实施铁砧磨平智能控制提供了一种新的方法。
