Cấu trúc và thuật toán điều khiển thích nghi quá trình gia công

24 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
CẤU TRÚC VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 
 QUÁ TRÌNH GIA CÔNG 
STRUCTURE AND ALGORITHM FOR ADAPTIVE CONTROL 
 OF MACHINING PROCESS 
Trần Văn Khiêm 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định, Việt Nam 
Ngày toà soạn nhận bài 29/3/2018, ngày phản biện đánh giá 17/4/2018, ngày chấp nhận đăng 2/7/2018. 
TÓM TẮT 
Điều khiển thích nghi (ĐKTN) là giải pháp điều khiển thông minh, linh hoạt, có khả năng 
tự thích ứng với những biến động bất thường của các yếu tố đầu vào, của các tham số của hệ 
thống và của môi trường. Trong công nghệ gia công cơ, ứng dụng ĐKTN là xu hướng phát 
triển tất yếu của CNC. Tuy nhiên, để có thể thiết kế ra các hệ ĐKTN đáp ứng yêu cầu của 
công nghiệp, cần phải giải quyết những vấn đề then chốt về cấu trúc hệ thống, thuật toán điều 
khiển cũng như kỹ thuật đo lường, điều khiển, ghép nối ĐKTN với CNC. Bài báo này giới 
thiệu cấu trúc và thuật toán ĐKTN đã được phát triển, cải tiến và thử nghiệm cho máy phay 
CNC trong nhiều năm qua. Kết quả thử nghiệm cho thấy bộ ĐKTN có khả năng hiệu chỉnh 
trực tuyến lượng chạy dao trước những biến động bất thường của chiều sâu cắt, cho phép 
tăng năng suất gia công đến 25% so với không có ĐKTN mà vẫn đảm bảo được chất lượng 
gia công. 
Từ khóa: Điều khiển thích nghi; CNC; điều khiển thích nghi theo giới hạn; điều khiển thích 
nghi có tối ưu hoá; bù hình học thích nghi. 
ABSTRACT 
Adaptive Control (AC) is an intelligent and flexible control solution which has the 
capability of self-adapting to uncertainties in inputs, system parameters and the environment. 
In machining technology, the application of AC is the inevitable trend of CNC. However, in 
order to be able to design AC systems that meet the requirements of the industry, it is 
necessary to solve the key problems of system architecture, control algorithms as well as 
measurement, control and coupling AC with CNC. This paper presents the structure and 
algorithm of the AC, that have been developed, improved and tested on CNC milling machine 
for recent years. Testing results show that this AC is capable of on-line adjusting the feed rate 
against abnormal cutting depth variations and allows to increase the machining productivity 
of 25% compared to CNC without AC while still ensuring the process quality. 
Keywords: Adaptive control; CNC; Adaptive Control with Constraints; Adaptive Control with 
Optimization; Geometric Adaptive Compensation. 
1. PHẦN MỞ ĐẦU 
Các hệ điều khiển số (CNC) hiện tại vẫn 
chủ yếu sử dụng các kỹ thuật truyền thống. 
Đó là các hệ điều khiển kín có tham số cố 
định, với nhiệm vụ chính là đảm bảo tính ổn 
định, chính xác của quỹ đạo chạy dao, khi 
các thông số đầu vào (chế độ cắt), các tham 
số của hệ thống công nghệ (HTCN) tiền định, 
được giả định là bất biến theo thời gian. Với 
những đặc điểm trên, CNC truyền thống 
được liệt vào nhóm điều khiển cứng. 
Khi thiết kế quá trình công nghệ 
(QTCN), người ta thường tính toán chế độ 
cắt theo nguyên tắc phòng ngừa, theo chiều 
sâu cắt lớn nhất, vật liệu cứng nhất, chi tiết ở 
trạng thái kém cứng vững nhất,... phải chấp 
nhận năng suất thấp hoặc giá thành cao. 
Ngay cả khi chế độ công nghệ ban đầu là hợp 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
25 
lý hay tối ưu thì, do các yếu tố công nghệ 
luôn biến động trong thời gian gia công, tính 
hợp lý cũng nhanh chóng bị mất. Sai khác 
giữa giá trị tiền định và giá trị thực tế của các 
thông số hệ thống gây nên tính bất định của 
các yếu tố đầu vào. Tính bất định có thể gặp 
ở chiều sâu cắt, cơ tính vật liệu gia công, độ 
cứng vững của chi tiết trong khi gia công, 
khả năng cắt của dao do mòn, sứt mẻ,... Hình 
1 minh họa vài trường hợp điển hình. Sự biến 
động lớn của chiều sâu cắt (a) hay cơ tính vật 
liệu (b), dẫn đến sự thay đổi lực cắt, ảnh 
hưởng đến kích thước và chất lượng bề mặt 
gia công. Trong công nghệ truyền thống, chế 
độ cắt (ví dụ lượng chạy dao F) được chọn 
theo tình huống xấu nhất 
(a = amax hoặc HB = HBVùng cứng) nên có giá 
trị nhỏ (F-không ĐKTN). Điều đó gây lãng 
phí: thời gian cắt trong các điều kiện cực 
đoan đó rất ngắn nên trong hầu hết thời gian 
gia công, hệ thống làm việc dưới khả năng. 
Hình 1. Cơ chế điều khiển thích nghi 
Vì quá trình gia công nằm ngoài vòng 
điều khiển của CNC nên nó không thể nhận 
biết các biến động dạng trên và không xử lý 
được. Nói cách khác, CNC cứng dựa trên các 
yếu tố tiền định không thể đảm bảo và duy trì 
chế độ công nghệ hợp lý theo thời gian thực. 
ĐKTN dựa trên nguyên tắc hoàn toàn 
khác: bao quát cả quá trình gia công; giám 
sát trực tuyến (GSTT), theo thời gian thực 
hiệu năng gia công (Performance Index - PI), 
như lực cắt, độ nhám bề mặt, năng suất, chi 
phí,..., xác định các yếu tố ảnh hưởng xấu 
đến hiệu năng và bù chúng. Với trường hợp 
hình (a), có thể tạo ra bộ ĐKTN để thực hiện 
quy luật F-có ĐKTN như sau: (1) khi chưa 
chạm phôi, dao chạy nhanh (F-không cắt); 
(2) khi dao bắt đầu chạm phôi, F giảm nhanh 
đến ngưỡng an toàn, để giảm xung lực va 
chạm; (3) phục hồi F tương ứng với a thực; 
(4) khi gặp amax, giảm F đến xấp xỉ F-không 
ĐKTN; (5) tăng F khi a giảm trở lại; (6) dần 
dần tăng F đến F-không cắt khi dao dần ra 
khỏi phôi. Tổng hợp lại, F trung bình sẽ lớn 
hơn F-không ĐKTN. Với trường hợp (b), 
luật ĐKTN theo độ cứng của vật liệu được 
xây dựng tương tự. 
Các ví dụ trên cho thấy, ĐKTN là giải 
pháp thông minh, mềm dẻo, cho phép tăng 
năng suất gia công, nâng cao độ an toàn của 
hệ thống. Theo Koren [1], năng suất gia công 
có ĐKTN tăng 20-80%, còn chi phí gia công 
chỉ bằng 40-50% so với CNC thông thường. 
Gia công cơ là quá trình rất phức tạp, 
khó mô tả tường minh bằng toán học. Mặt 
khác, còn nhiều vấn đề về kỹ thuật, như đo 
trực tuyến các thông số công nghệ, kết nối bộ 
ĐKTN với CNC, thuật toán xử lý số liệu và 
ra quyết định đáp ứng yêu cầu điều khiển 
thời gian thực,... vẫn chưa giải quyết được. 
Điều đó giải thích, vì sao kỹ thuật ĐKTN đã 
khá phát triển và ý tưởng ứng dụng nó vào 
gia công cơ đã xuất hiện từ nhiều thập kỷ 
trước [1], [2] nhưng cho đến nay số hệ 
ĐKTN được ứng dụng trong công nghiệp 
vẫn còn rất ít. Ở Việt Nam, ngoài bộ ĐKTN 
được thiết lập lần đầu tại Học viện KTQS từ 
năm 2003 [3] đến nay vẫn chưa thấy có hệ 
nào được công bố trên các diễn đàn khoa 
học. Bài báo này trình bày giải pháp cấu trúc 
và giải thuật ĐKTN đã được hình thành [3], 
[4], đang được phát triển và có phạm vi ứng 
dụng được mở rộng [5], [6]. 
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC 
TIỄN CỦA ĐKTN MÁY CNC 
2.1. Khái niệm điều khiển thích nghi 
ĐKTN là cách mà kỹ thuật học từ thiên 
nhiên: sinh vật tự biến đổi mình để thích ứng 
với những biến động của môi trường sống. 
Thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp 
truyền thống dựa trên giả thiết thông tin về đối 
tượng điều khiển là đầy đủ và chính xác, các 
thông số của hệ thống không đổi, điều kiện 
làm việc được giả định hoặc lý tưởng hoá, 
không có nhiễu, dụng cụ đo chuẩn xác và ổn 
định,... Nhưng trên thực tế luôn tồn tại các yếu 
26 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
tố bất định, như (Hình 2): các thông số của đối 
tượng (P) không xác định được, không đầy 
đủ, và luôn có lượng biến động δP; có nhiễu 
của môi trường (d); thiết bị đo có tạp âm (n),... 
Không quan tâm đến nguyên nhân và vị trí 
phát sinh, Landau [7] gọi chúng là nhiễu. 
C P+δP
+
-
+
+
+
+
r
d
n
ye u x
Hình 2. Mô hình điều khiển kín có tính đến 
các yếu tố bất định và nhiễu 
Các bộ điều khiển truyền thống đều có 
khả năng kháng nhiễu nhất định nhưng chưa 
phải ĐKTN. Hệ ĐKTN phải có khả năng tự 
nhận biết các yếu tố bất định trong thời gian 
thực, tự biến đổi tham số hoặc cấu trúc, hoặc 
cả hai đế thích nghi. Nhiệm vụ của của 
ĐKTN không phải đảm bảo sự ổn định, 
chính xác của đầu ra (đó là nhiệm vụ của bộ 
điều khiển chính) mà là đảm bảo PI yêu cầu. 
PI có thể là đại lượng đo được trực tiếp, có 
thể không đo được mà phải tổng hợp, phán 
đoán dựa trên các đại lượng đo được, nên hệ 
thống đo, phân tích và đánh giá PI trong 
ĐKTN rất phức tạp. 
2.2. Các dạng ĐKTN quá trình gia công cơ 
Trong gia công cơ, ĐKTN được chia 
thành 3 dạng [1]: ĐKTN theo giới hạn 
(Adaptive Control with Constraints - ACC), 
ĐKTN có tối ưu hoá (TƯH) (Adaptive 
Control with Optimization - ACO) và ĐKTN 
hình học (Geometric Adaptive Control - 
GAC), còn gọi là bù hình học thích nghi 
(Geometric Adaptive Compensation - GAC). 
Mục tiêu của ACC là nâng cao tối đa một 
hay nhiều thông số đầu vào (chế độ cắt), với 
điều kiện ràng buộc: một hay vài thông số đầu 
ra không vượt quá giới hạn cho phép. Thường 
ACC giúp tăng năng suất gia công, đồng thời 
hạn chế biến dạng của phôi và dao, hạn chế 
biên độ dao động,... nhằm giảm sai số gia 
công hoặc đảm bảo an toàn. Do đó, ACC 
được ứng dụng chủ yếu trong gia công thô, 
khi cơ tính vật liệu và lượng dư gia công có 
biến động lớn, hoặc gia công các vật liệu khó 
gia công, như hợp kim Ti, Ni hay thép không 
gỉ. Trong ACC, thông số đầu ra được giám sát 
và hạn chế thường là lực cắt, mô men hoặc 
công suất trục chính; thông số đầu vào được 
hiệu chỉnh thường là lượng chạy dao, đôi khi 
là tốc độ cắt hoặc tốc độ trục chính. 
ACO nhằm TƯH trực tuyến chế độ cắt 
hay các thông số công nghệ khác để đạt tốt 
nhất PI nhất định (thường là các chỉ tiêu kinh 
tế), có tính đến các điều kiện ràng buộc. Nói 
cách khác, ACO là sự kết hợp giữa kỹ thuật 
ĐKTN với TƯH trực tuyến. 
GAC là bù thích nghi các sai số hình học 
của chi tiết gia công, gây nên bởi sự biến 
động của nhiệt độ, sai số hình học của máy, 
mòn dao,... bằng cách hiệu chỉnh các thông 
số công nghệ, nhằm đảm bảo độ chính xác và 
chất lượng bề mặt gia công. Vì vậy GAC 
được ứng dụng chủ yếu trong gia công tinh. 
Thực chất, GAC không phải ĐKTN, nên 
trong nhiều tài liệu, chữ C của nó được hiểu 
là Compensation (bù) thay vì Control (điều 
khiển). 
Trong 3 dạng ĐKTN kể trên, mới có 
ACC được ứng dụng trong công nghiệp. Lý 
do chính khiến ACO và GAC chưa có ứng 
dụng thực tế là chưa thể GSTT được các PI 
[1]. 
2.3. Một số hệ ACC hiện có 
Nhờ tính khả thi về kỹ thuật, hiện nay 
ACC là dạng ĐKTN có triển vọng ứng dụng 
cao nhất trong công nghiệp. Đã xuất hiện nhiều 
hệ ACC, trong đó một số đã được thương mại 
hóa. 
Năm 2003, trong khuôn khổ đề tài 
KHCN cấp Bộ Quốc phòng, Bộ môn Máy Tự 
động và Robot, Học viện KTQS đã thiết kế, 
chế tạo thành công một hệ ACC cho máy 
phay [3]. Sau đó, nghiên cứu được tiếp tục 
mở rộng về thuật toán, công cụ xử lý và ứng 
dụng. Cấu trúc và thuật toán cho các hệ này 
là chủ đề chính của bài báo, sẽ được trình 
bày ở mục 2. 
Năm 2006, trường Đại học Maribor, 
Slovenia đã công bố kết quả thực hiện ACC 
có TƯH ngoại tuyến (Hình 3) [8]. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
27 
Hình 3. Cấu trúc ACC của ĐH Maribor 
Bộ ACC này có cấu trúc tương tự như 
của Học viện KTQS, kể cả thiết bị đo 3 thành 
phần lực cắt (Px, Py, Pz) gắn trên máy phay 
CNC. Điểm khác duy nhất là có thêm hệ 
TƯH ngoại tuyến, dùng thuật toán bầy đàn 
(PSO). 
Năm 2011, Trường Đại học Nông 
nghiệp và Công nghệ Kenyatta (Kenya) đã 
công bố một hệ ĐKTN nhằm hạn chế biến 
dạng uốn của chi tiết khi mài tròn ngoài [9]. 
Bộ ACC này có cấu trúc tương tự với hai hệ 
trên, chỉ khác là tín hiệu lực cắt được chuyển 
thành lượng biến dạng, và dùng công cụ xử 
lý ANFIS thay vì PID (Học viện KTQS) và 
ANN (Maribor). 
Các trường đại học và các viện nghiên 
cứu đã đi đầu trong phát hiện và nghiên cứu 
nền tảng của công nghệ mới, nhưng các nhà 
sản xuất, với nguồn lực và động cơ kinh tế 
mạnh mẽ có công đầu trong việc ứng dụng 
chúng vào công nghiệp, thương mại hoá sản 
phẩm. 
Tháng 7-2004, Omat Ltd. (Israel) đưa ra 
thị trường một hệ ACC mang tên Adaptive 
Control & Monitoring System (ACM) với 
chức năng chính là GSTT công suất động cơ 
trục chính, trên cơ sở đó hiệu chỉnh lượng 
chạy dao đạt giá trị cao nhất với điều kiện 
công suất không vượt giới hạn cho trước 
[10]. Theo công bố mới nhất của Omative 
( năm 2016 hãng 
này đã có hàng loạt phiên bản ACM cho các 
máy phay, tiện, mài, khoan,... 
Trong khi Omat Ltd. đi theo hướng tạo 
ra các hệ ACC vạn năng, có thể tuỳ biến cho 
các hệ CNC của nhiều hãng khác nhau thì 
Heidenhain (CHLB Đức), lại phát triển ACC 
bổ sung cho các dòng TNC của mình. Bắt 
đầu từ hệ iTNC-530, nay thêm TNC-640 
được trang bị 3 modul phần mềm tuỳ chọn 
thuộc nhóm Dynamic Efficiency [11]. Như 
tên gọi, nhóm này giúp nâng cao hiệu năng 
động lực học cắt, phát huy tối đa năng suất 
khi cắt công suất cao (high-performance 
cutting), gia công thô các chi tiết có hình 
dạng phức tạp hoặc từ các vật liệu khó gia 
công, như hợp kim Ti, hợp kim Ni, thép 
không gỉ,... Modul ĐKTN lượng ăn dao 
(AFC) tương tự như các hệ ACC nói trên, chỉ 
khác là sử dụng tín hiệu công suất trục chính 
thay vì lực hoặc mô men cắt. 
Hình 4. Công dụng của AFC 
Hình 4 minh họa công dụng của AFC: khi 
dao đi qua rãnh (không cắt) thì tốc độ chạy 
dao đang từ giá trị bình thường tự động tăng 
tối đa, sau đó trở lại bình thường khi có cắt. 
Theo công bố của Heidenhain thì sử dụng 
Dynamic Efficiency có thể tăng năng suất đến 
25%. 
3. CẤU TRÚC VÀ THUẬT TOÁN ACC 
Mục này giới thiệu cấu trúc và thuật toán 
ACC đã được thực hiện tại Học viện KTQS. 
Cấu trúc hệ thống được thiết kế từ năm 2003, 
hầu như không thay đổi, nhưng thuật toán đã 
được cải tiến nhiều lần để đáp ứng các nhu 
cầu mới nảy sinh. 
3.1. Cấu trúc của ACC 
Về cấu trúc, hệ ACC của Học viện 
KTQS áp dụng mô hình ĐKTN trực tiếp, 
thường gọi là ĐKTN theo mô hình mẫu 
(Model Reference Adaptive System – MRAS). 
MRAS bắt chước phương pháp hiệu chỉnh 
các tham số của bộ điều khiển (C) khi thiết 
kế (Hình 5,a). Đáp ứng đầu ra của đối tượng 
28 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
thực (Plant - P) được so sánh với đáp ứng của 
một mô hình mẫu. Sai lệch (e) giữa chúng là 
căn cứ để hiệu chỉnh trực tiếp tham số của C 
theo hướng triệt tiêu e. Thay vì thực hiện 
"bằng tay" trong thiết kế, ĐKTN thực hiện tự 
động, online, theo thời gian thực (Hình 5,b). 
Mỗi khi có biến động ở đối tượng (P) hay từ 
môi trường thì AC sẽ hiệu chỉnh tham số của 
C sao cho đáp ứng của hệ thực (y) tiệm cận 
với đáp ứng của mô hình mẫu (yM), nghĩa là 
e→0. Ở đây, e là thước đo PI của hệ thực. 
Nếu e luôn ở trong giới hạn cho phép thì hiệu 
năng điều khiển của hệ là chấp nhận được. 
Hình 5. Ý tưởng (a) và cấu trúc (b) của MRAS 
Mô hình MRAS đã được hiện thực hoá 
bằng sơ đồ cấu trúc trong Hình 6. 
Hình 6. Cấu trúc ACC của Học viện KTQS 
Đáp ứng đầu ra (y) là lực cắt, được đo 
bằng sensor lực 3 thành phần 9257BA của 
hãng Kistler (Thụy Sĩ). Phần cứng là PC có 
cắm DAQ board PCL-812-PG kèm phần 
mềm DSS xử lý tín hiệu thô. Phần mềm AC 
được viết để thực hiện các chức năng: nhận 
tín hiệu đo lực; so sánh với giá trị từ mô hình 
mẫu (được tính từ chế độ cắt hiện tại hoặc 
gán bởi người dùng) để tính sai số e; xuất tín 
hiệu điều khiển Uđk cho CNC (bộ TNC360 
của hãng Heidenhain) để hiệu chỉnh lượng 
chạy dao F. 
3.2. Thuật toán của ACC 
Phần mềm ACC điều khiển toàn bộ quá 
trình, từ thu nhận tín hiệu lực cắt, xử lý, tính 
toán và xuất tín hiệu điều khiển cho CNC để 
hiệu chỉnh lượng chạy dao. Logic này được 
biểu diễn bằng sơ đồ khối, Hình 7. Thực 
chất, đây là một hệ điều khiển có phản hồi 
lực cắt. 
Hình 7. Sơ đồ cấu trúc của ACC 
Lực cắt (P) được đo nhờ sensor lực, 
khuyếch đại và chuyển đổi sang dạng số: 
c eP = K P (1) 
Hiệu giữa giá trị đặt Pr (là đầu ra của mô 
hình mẫu) và giá trị đo Pc là sai lệch 
r cE P P (2) 
Bộ điều khiển PID được dùng để khử sai 
lệch. Với yêu cầu độ nhạy và độ chính xác đủ 
dùng, chỉ cần sử dụng thành phần tích phân, 
tín hiệu ra (U) của bộ ACC tỷ lệ với tích 
phân W của sai lệch E: 
' '
c c cU K W K TE K E (3) 
Sử dụng phép tích phân gần đúng: 
W=TE, với T – chu kỳ lấy mẫu khi đo lực cắt, 
là hằng số. Tín hiệu ra U của ACC được cấp 
cho hệ chạy dao để điều khiển lượng ăn dao: 
s s c sV = K U = K K E (4) 
trong đó, Ks - hằng số của modul hiệu chỉnh F. 
Modul điều khiển chạy dao của CNC có 
tỷ số truyền Kn, cho ra tốc độ chạy dao V: 
n s c s nV = K V = K K K E (5) 
Cuối cùng, hệ truyền động chạy dao với 
tỷ số truyền 1/n cho ra lượng chạy dao F: 
1
c s n
V
F = K K K E
n n
 (6) 
Giữa lực cắt và chế độ cắt (chiều sâu cắt 
và lượng chạy dao) có quan hệ 
u u-1
f fP K aF (K aF )F (7) 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
29 
Thay (7) vào (1), nhận được 
u-1
c e e fP = K P K (K aF )F (8) 
Công thức (7) cho phép hiệu chỉnh F 
theo giá trị đo Pc của lực cắt nhưng phải đo 
được đại lượng 1u
fK aF . Điều này không khả 
thi vì đại lượng này lại phụ thuộc vào giá trị 
F chưa biết. Để tránh việc này, cần dùng 
quan hệ khác. Thay (6) vào (8), nhận được 
1( ) uc c s n e f c p
a
P = K K K K K F E KE K K E
n
 (9) 
trong đó, K là hệ số truyền mạch hở. Với phần 
cứng cụ thể, các hệ số Ks, Kn, Ke, Kf không đổi 
nên có thể thay việc xác định 1u
fK aF trong 
(7) bằng K trong (9). 
Theo (9), K được tách làm 2 thành phần. 
Thành phần c cK K T , theo (3) chính là hệ số 
của bộ điều khiển tích phân truyền thống, 
được chọn dễ dàng theo các phương pháp 
thông thường. Thành phần Kp phụ thuộc vào 
a và n. Tăng Kp và K bằng cách tăng a hoặc 
giảm n giúp tăng năng suất gia công nhưng 
cũng tăng nguy cơ mất ổn định. 
Để dung hòa giữa năng suất và ổn định, 
cần chọn trước Kp theo năng suất, được đại 
diện bằng lực cắt Pc. Từ (9) và (3), suy ra 
/p cK = P U (10) 
Kế tiếp, theo tiêu chí ổn định, ước lượng 
giá trị Kc theo (9), hay 
/ Kc pK = K (11) 
Các quan hệ (10) và (11) cho phép xác 
định Kc và Kp trong (9), từ đó tính F theo Pc. 
Tuy nhiên chúng đều chứa các phép chia, tốn 
tài nguyên máy và kém chính xác. Để khắc 
phục, thuật toán ước lượng (Estimation 
Algorithm) đã được dùng để chuyển chúng 
sang dạng tổng. Vấn đề này không thuộc cốt 
lõi của thuật toán và khuôn khổ có hạn của 
bài báo nên không được trình bày ở đây. 
4. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ACC 
4.1. Thử nghiệm chức năng ACC 
Chức năng của ACC được thể hiện trên 
Control Panel ảo (Hình 8), trên đó hiển thị 
đủ các thông tin của quá trình và có các nút 
để thay đổi chế độ, bật tắt các chức năng. 
Bên trái màn hình là đồ thị và giá trị tức 
thời của 3 thành phần lực cắt Px, Py, Pz đã lọc 
nhiễu tần số cao, dùng bộ low pass filter. 
Bên phải và đáy màn hình hiển thị các 
thông tin: (1) tín hiệu lực tổng hợp (Ptong) và 
giá trị RMS (Ptb) của nó; (2) ngưỡng (Pr) 
của lực và lượng chạy dao (Fd) do người 
dùng đặt nhờ các núm xoay tương ứng; (3) 
tín hiệu điều khiển dạng điện áp (Ura), được 
tính theo luật P như công thức (3); và (4) 
lượng chạy dao tức thời F. Hệ làm việc 
trong chế độ tương tác, cho phép người 
dùng đặt ngưỡng lực cắt (núm Pr), điều 
chỉnh bằng tay lượng chạy dao (núm Fd), bật 
tắt chức năng ĐKTN. Nếu tắt ĐKTN thì bộ 
CNC làm việc như bình thường. 
Hình 8. Bảng điều khiển ảo để giám sát và ĐKTN quá trình gia công
30 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
4.2. Thử nghiệm tính năng ACC 
Tính năng của ACC được đánh giá theo 
các chỉ tiêu chất lượng điều khiển: thời gian 
quá độ, lượng quá chỉnh, sai số ở trạng thái 
xác lập, tính ổn định trong các chế độ làm 
việc bình thường và khắc nghiệt. 
Phôi thử nghiệm được làm từ thép 45, có 
dạng hình chữ nhật hoặc hình trụ như Hình 9 
với nhiều kích thước khác nhau. Các rãnh xẻ 
để tạo ra tín hiệu lực dạng xung. 
Hình 9. Phôi để thử nghiệm ACC 
Thử nghiệm được tiến hành trong chế độ 
cắt bình thường và khắc nghiệt. Trạng thái 
màn hình khi cắt bình thường được thể hiện 
trên Hình 8. Các giá trị đặt là a=2mm, F=60 
mm/ph, ngưỡng lực Pr=425N. 
Quan sát định tính cho thấy quy luật biến 
thiên của tín hiệu điều khiển và lượng chạy 
dao như mong muốn (Hình 1): chỉ cần lực cắt 
vượt ngưỡng là lượng chạy dao giảm, sau đó 
lập tức phục hồi khi P giảm xuống dưới 
ngưỡng. Quá trình lặp lại một cách ổn định 
khi dao cắt qua các rãnh. Về định lượng, giá 
trị lực cắt tức thời khi ăn vào là 550N, lực cắt 
trung bình lớn nhất là 450N. So với giá trị 
đặt, sai số xác lập bằng 25N, hay khoảng 
5,6%, không có quá chỉnh. 
Để thử ở chế độ khắc nghiệt, đặt F lớn 
(90mm/ph) nhưng ngưỡng cho phép của lực 
cắt thấp (Pr=350 N). 
Hình 10. Đáp ứng trong chế độ khắc nghiệt 
Quan sát đồ thị (Hình 10) có thể thấy 
xung lực khi dao ăn vào rất lớn (đến 900N). 
Nhưng ngay sau va chạm ban đầu, F giảm 
nhanh gần tới 0 để tránh gãy dao, sau đó khôi 
phục dần trong khoảng 0,1 giây đầu. Trong 
thời gian đó, lực giảm nhanh từ 900N xuống 
370N. Chỉ sau 0,13 giây, giá trị lực đã giảm 
tới mức đặt và được duy trì ổn định trong 
trạng thái xác lập. Ta có nhận xét rằng, ngay 
cả khi thử với chế độ khắc nghiệt thì hệ vẫn 
có thể trở về trạng thái xác lập trong thời 
gian ngắn với sai số khoảng 6%, không xảy 
ra quá chỉnh hay dao động. 
Về chất lượng gia công, không nhận thấy 
sự thay đổi về độ chính xác kích thước và 
chất lượng bề mặt khi có ĐKTN, trong khi 
đó thời gian gia công giảm 25%. 
5. KẾT LUẬN 
Từ bài báo có thể rút ra các kết luận sau: 
- Đã có đủ cơ sở khoa học và thực tiễn 
để củng cố nhận định trong [2]: ĐKTN là xu 
hướng phát triển tất yếu của CNC. Tuy vậy, 
do những rào cản về kỹ thuật, nên hiện nay 
mới có rất ít hệ ĐKTN được công bố, trong 
đó có vài hệ ACC được thương mại hoá. 
- Hệ ĐKTN do Học viện KTQS thực 
hiện đã được ghép nối, làm việc đồng bộ với 
hệ CNC thương mại (TNC-360). Giải pháp 
kết cấu được gặp lại trong nhiều hệ xuất hiện 
sau đó, kể cả các hệ ACC thương mại cho 
thấy tính hợp lý và chuẩn mực của nó. 
- Thuật toán và phần mềm điều khiển 
ACC thực hiện được các chức năng cơ bản, có 
tính năng so sánh được với các hệ tương tự, có 
giao diện người dùng khoa học và hấp dẫn. 
- Thử nghiệm trong chế độ làm việc bình 
thường và chế độ thử thách khắc nghiệt cho 
thấy quá trình được xác lập trong khoảng 
thời gian rất ngắn (lớn nhất là 0,13 giây), sai 
số so với giá trị đặt chỉ 5-6%, không xảy ra 
quá chỉnh hay dao động kéo dài. 
- Trong khi cấu hình phần cứng thay đổi 
tương đối chậm thì phần mềm cần được cập 
nhật thường xuyên để bắt kịp sự phát triển 
của kỹ thuật đo lường, điều khiển; đồng thời 
đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của công 
nghệ gia công. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
31 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Koren, Y., Adaptive Control Systems for Machining, Machining Review, V2, No.1 (1989). 
[2] Koren, Y., Computer Control of Manufacturing Systems, McGraw-Hill, 1983. 
[3] Đào Văn Hiệp, Nghiên cứu ứng dụng điều khiển thích nghi để nâng cao hiệu quả gia 
công trên máy công cụ điều khiển số, Báo cáo TK đề tài cấp Bộ Quốc phòng, 2003. 
[4] Trần Văn Khiêm, Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điều khiển thích nghi để nâng cao khả 
năng công nghệ của máy công cụ điều khiển số, LATS, Học viện KTQS, 2010. 
[5] Đào Văn Hiệp: Giám sát và điều khiển thông minh quá trình gia công cơ, NXB Quân 
đội nhân dân, Hà Nội, 2016. 
[6] Phạm Vũ Dũng, Đào Văn Hiệp, Dự báo độ nhám bề mặt mài hợp kim titan Ti-6Al-4V 
dùng công cụ nơ ron mờ thích nghi, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật, Học viện KTQS, số 
173, tr. 80-86, 2015. 
[7] Landau, lD., Lozano, R., M'Saad, M., & Karimi, A., Adaptive Control – Algorithms, 
Analysis and Applications, London: Springer 2011. 
[8] Cus, F., Zuperl et al, Adaptive Controller Design For Feedrate Maximization of 
Machining Process, Journal of Achie-vements in Materials and Manufacturing 
Engineering, Vol. 17, p. 237-240, 2006. 
[9] Kabini, S., Design of an Adaptive Controller for Cylindrical Plunge Grinding Process, 
Innovative Systems Design and Engineering, Vol. 2, No 4, p. 48-58, 2011. 
[10] OMATIVE, Real Time Adaptive Control & Monitoring (ACM) Systems for CNC Metal 
Cutting Optimization (2004). 
[11] Heidenhain, Dynamic Efficiency - Working Efficiently and with Process Reliability, 
Heidenhain Technical Informaion (2013). 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
TS. Trần Văn Khiêm 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định 
Email: tranvankhiemspkt@gmail.com