電火花加工自適應(yīng)控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電加工領(lǐng)域，更具體設(shè)及一種電火花加工自適應(yīng)控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電火花加工是利用浸在工作液中的電極用電源產(chǎn)生的放電脈沖進(jìn)行電蝕，蝕除導(dǎo) 電材料的一種加工方法。電火花加工過程是一個(gè)弱穩(wěn)態(tài)過程。在有效加工階段，其線性特 性例如均值、方差或能量譜等均在一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動(dòng)；如果加工過程中沖油或排屑狀 況惡劣的情況下，會(huì)出現(xiàn)有害加工。有害加工的出現(xiàn)，使系統(tǒng)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，放電狀態(tài)變 化劇烈，會(huì)燒傷加工工件的表面、影響加工效率。
[0003] 為了避免有害加工的出現(xiàn)，有效的方法是通過改變加工過程中的伺服運(yùn)動(dòng)參數(shù)或 能量參數(shù)，在不影響加工精度的前提下，使加工從有害加工階段重新回到有效加工階段，或 提前改變伺服運(yùn)動(dòng)參數(shù)或放電參數(shù)，避免加工進(jìn)入有害加工階段，其中抬刀周期是能量參 數(shù)的一種，其對電火花加工的精度起到一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一）要解決的技術(shù)問題
[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何在電火花加工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測加工狀況，并根據(jù) 加工狀況對抬刀周期作出調(diào)整，W保證電火花加工處于有效加工階段。
[000引（二）技術(shù)方案
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電火花加工自適應(yīng)控制系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括：
[000引放電狀態(tài)判別模塊，用于根據(jù)電火花加工過程中的間隙電壓和間隙電流進(jìn)行實(shí)時(shí) 判斷，得到放電狀態(tài)，并將所述放電狀態(tài)轉(zhuǎn)遞給參數(shù)估計(jì)單元W及反饋給控制模塊；
[0009] 參數(shù)估計(jì)模塊，用于根據(jù)所述放電狀態(tài)判別模塊提供的所述放電狀態(tài)W及控制模 塊提供的控制信號(hào)在線識(shí)別過程參數(shù)，并將識(shí)別得到的所述過程參數(shù)傳遞給參數(shù)計(jì)算模 塊；
[0010] 參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述過程參數(shù)計(jì)算得到多個(gè)控制參數(shù)，并將所述控制參 數(shù)傳遞給所述控制模塊；
[0011] 控制模塊，用于利用所述控制參數(shù)和所述放電狀態(tài)，根據(jù)控制模型計(jì)算得到控制 信號(hào)，并利用所述控制信號(hào)確定抬刀周期。
[0012] 優(yōu)選地，所述放電狀態(tài)判別模塊包括放電狀態(tài)識(shí)別單元和放電狀態(tài)判別單元，其 根據(jù)所述間隙電壓和間隙電流識(shí)別得到有害放電狀態(tài)、有效放電狀態(tài)W及放電延遲狀態(tài)， 并傳遞給所述放電狀態(tài)判別單元；所述放電狀態(tài)判別單元計(jì)算所述有害放電狀態(tài)的數(shù)目與 所述有害放電狀態(tài)、有效放電狀態(tài)W及放電延遲狀態(tài)的數(shù)目的和的比值，并將得到的比值 作為所述放電狀態(tài)。
[0013] 優(yōu)選地，有效放電狀態(tài)包括火花放電狀態(tài)和瞬態(tài)拉弧狀態(tài)，所述有害放電狀態(tài)包 括穩(wěn)態(tài)拉弧狀態(tài)和短路狀態(tài)。
[0014] 優(yōu)選地，所述參數(shù)估計(jì)模塊利用遞歸最小二乘法估計(jì)所述過程參數(shù)，并且所述過 程參數(shù)為：
[001引 巧=k…靖。卸…的聽…G化4…馬df
[0016] 式中，al. ? *ana、bl. ? .bnb、cl. ? .CneW 及 dl. ? .dnd 為所述過程參數(shù)， 0為表示所述過程參數(shù)的集合，n。、rib、n。、rid表示過程參數(shù)的個(gè)數(shù)。
[0017] 優(yōu)選地，所述參數(shù)計(jì)算模塊利用下面公式計(jì)算所述多個(gè)控制參數(shù)：
[0027]式中，A(q)、B(q)、C(q)、Am(q)、Bm(q)為所述多個(gè)控制參數(shù)，q為前向移位算子， al ? ? ?日…、bl ? ? ? bnb、cl ? ? ? Cnc W及 dl ? ? ? d nd均為所述過程參數(shù)，am 1 ? ? ? am釀、 bmi ? ? ? bnum為預(yù)定參數(shù)。
[0028] 優(yōu)選地，所述控制模型為：
[0029]
[0030] 式中，4(9)、8(9)、"9)、4。山)、8。山）為所述多個(gè)控制參數(shù)，11。為預(yù)定狀態(tài)，9為前 向移位算子，y(t)為所述放電狀態(tài)，u(t)為所述控制信號(hào)。q為前向移位算子，例如：y(t+l) =qy (t)o
[0031] 優(yōu)選地，抬刀周期利用如下公式計(jì)算：
[0032] T = u/k
[0033] 式中，T為所述抬刀周期，U為所述控制信號(hào)，k為抬刀周期控制系數(shù)。由于計(jì)算出 的控制信號(hào)U的幅值非常大，而電火花加工機(jī)床中抬刀周期T的范圍固定為0-40,為了將U 配置在T的范圍內(nèi)，使其除W-個(gè)系數(shù)k。并且，此舉等于在控制系統(tǒng)中乘了一個(gè)能增 大系統(tǒng)的相位裕量，即增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。k的取值為變量，當(dāng)本次計(jì)算出的U與上次計(jì)算出 的T的差值絕對值小于6時(shí)，令k = 1 ;若差值絕對值大于6,則A = + l >其中Dy表 示本周期最后一個(gè)放電狀態(tài)y (即計(jì)算此抬刀周期利用的所述放電狀態(tài)），與上個(gè)周期最后 一個(gè)放電狀態(tài)y'(即計(jì)算上一個(gè)抬刀周期利用的所述放電狀態(tài)）的差值絕對值，即Dy = I y-y' I〇
[0034] 優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括通訊模塊，其與所述控制模塊、被控對象連接W及放電狀 態(tài)判別模塊連接；
[0035] 所述放電狀態(tài)判別模塊還包括抬刀狀態(tài)判斷單元，其根據(jù)所述間隙電壓和間隙電 流進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，得到抬刀狀態(tài)，并在所述抬刀狀態(tài)數(shù)目大于抬刀預(yù)定值時(shí)，生成并發(fā)送有 效抬刀信號(hào)給所述通訊模塊；并且在所述有效抬刀信號(hào)生成時(shí)，所述放電狀態(tài)判別模塊將 其最后一次得到的所述放電狀態(tài)傳遞給所述控制模塊；所述通訊模塊在接受到所述有效抬 刀信號(hào)后，將所述控制模塊最新計(jì)算得到的所述抬刀周期傳遞給被控對象。
[0036] 有效抬刀信號(hào)生成后，將最后一次得到的放電狀態(tài)y傳遞給控制模塊，控制模塊 利用y進(jìn)行計(jì)算，得到控制信號(hào)U，然后得到T。與此同時(shí)在放電狀態(tài)判別模塊中，每一次得 到有效抬刀信號(hào)，計(jì)數(shù)器No都會(huì)+1，只有No = 1時(shí)，通訊模塊將所述控制模塊最新計(jì)算得 到的所述抬刀周期傳遞給被控對象，隨著No繼續(xù)增長，不再繼續(xù)傳遞T。優(yōu)選地，可W當(dāng)檢 測到有效抬到信號(hào)后No開始計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測到其他任何放電狀態(tài)時(shí)，No清零。利用上述系統(tǒng) 進(jìn)行電火花加工自適應(yīng)控制的方法，所述方法包括W下步驟：
[0037] S1、根據(jù)電火花加工過程中的間隙電壓和間隙電流進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，得到放電狀 態(tài)；
[003引 S2、在線識(shí)別過程參數(shù)；
[0039] S3、根據(jù)所述過程參數(shù)計(jì)算得到多個(gè)控制參數(shù)；
[0040] S4、利用所述控制參數(shù)和所述放電狀態(tài)，根據(jù)控制模型計(jì)算得到控制信號(hào)，并利用 所述控制信號(hào)確定抬刀周期。
[0041] 優(yōu)選地，所述步驟S3中利用下面公式計(jì)算所述多個(gè)控制參數(shù)：
[004引A (q) = Ai (q)化（q)
[004引B (q) = Bi (q) Di (q)
[0044]C(q) = Ci(q)Ai(q)
[0051] 式中，A(q)、B(q)、C(q)、Am(q)、Bm(q)為所述多個(gè)控制參數(shù)，q為前向移位算子， al ? ? ? ana'bl ? ? ? bnb'cl ? ? ? CncW及 dl ? ? ? dnd均為所述過程參數(shù)，；
[0052] 所述步驟S4中控制模型為：
[0053]
[0054] 式中，A(q)、B(q)、C(q)、Am(q)、Bm(q)為所述多個(gè)控制參數(shù)，U。為預(yù)定狀態(tài)，q為前 向移位算子，y(t)為所述放電狀態(tài)，u(t)為所述控制信號(hào)；
[00巧]所述步驟S4中的佐助抬刀周期利用如下公式計(jì)算：
[0056] T = u/k
[0