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《上海海洋大学》 2012年
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基于模糊自适应PID的电火花成型加工伺服控制系统的研究

吴光河  
【摘要】:特种加工在国家工业发展中具有重要地位,特种加工发展水平体现了国家工业制造水平,而电火花成型加工作为一种应用广泛的特种加工手段,在特种加工领域具有举足轻重的作用。作为电火花成型机的核心部件—电火花成型加工伺服控制系统,直接关系到加工效率、加工过程的稳定性以及产品的最终质量,因此,必须构建稳定,速度快,精度高的伺服控制系统。本文通过将现代智能控制技术融入电火花成型加工伺服控制系统,并对控制系统的结构进行部分改进,大大提高了电火花成型加工的综合性能,本文所做工作如下: 首先对电火花成型加工特点及其原理进行了介绍,同时指出了加工间隙对电火花成型加工效果的关键性影响,并提出将模糊自适应技术引入到电火花成型加工间隙控制领域。研制智能化、模块化的电火花成型加工机床的控制部件和执行机构,实现高效率、高精度、低损耗、稳定的加工过程控制。 随后对电火花成型加工过程中的几种基本放电形式做了分析,提出了几种可能的检测方法---平均电压检测法,峰值电压或电流检测法以及混合检测法,根据加工时实际情况,并合理利用硬件资源,简化电路而设计提出了一种新的检测信号处理方法—间隙放电信号双路采集电路,大大提高了间隙信号采集的准确性与稳定性。由于实验条件的限制,无法采集加工时的电压信号,故采用通过AD9850模块对间隙脉冲放电信号进行模拟,以便导入下一级处理系统,使整个系统设计保持连贯。由实验所得波形可以看出, AD9850信号模拟系统具有很高的精确性,与真实放电情况几乎没有差异。 通过设计基于双输入参数的电火花成形加工模糊自适应PID控制器,研究了间隙信号的模糊自适应PID控制策略,将模糊控制和传统的PID控制相比较,在常规PID调节器的基础上增加模糊自适应控制环节,系统可以自动根据实际情况进行在线调整,因而具有良好的动、静态性能。借助Matlab中的模糊逻辑控制FIS工具箱,并通过simulink模糊控制器观测窗证明了此算法的有效性,通过模糊判决来得到实际参数值,指导伺服系统的进给运动。 随后详细阐述了电火花成型机的结构以及电火花成型机传动的原理;计算并设计电火花成型机伺服硬件的结构,如:交流伺服电机及其驱动、运动控制卡等;设计了工作台半闭环以及主轴伺服闭环控制系统,针对电火花成型机机械结构对控制系统的精确性有决定性作用而优化设计伺服主轴,建立了伺服控制系统的数学模型,来对伺服系统结构作进一步深化研究。 软件设计上对电火花成型加工数控系统的控制对象以及控制系统的结构进行了分析,提出了模块化的软件控制策略,将控制系统分割成译码模块、自动定位模块、轨迹插补模块、伺服控制模块等来分别实现,并将模糊自适应PID控制系统融入到系统间隙控制模块当中,设计了程序流程图,大大提高了系统对电火花成型加工电火花放电状态的识别。 最后运用Matlab/Simulink软件,构建了基于双输入参数的电火花成型加工间隙模糊自适应控制系统以及融入间隙检测环的电火花成型加工伺服控制系统仿真模型,通过仿真结果可以看到系统能平稳运行,具有良好的静、动态特性,仿真结果符合电火花成型加工闭环伺服系统的运行特性,也为实际伺服系统的设计和调试提供了新的思路。
【学位授予单位】:上海海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG661

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