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微细电火花加工伺服运动预测与控制方法研究

李安超  
【摘要】:精微制造技术已成为当今制造业中十分重要的生产加工技术,其中微细电火花加工凭借加工过程无宏观的作用力、对加工系统的刚性无过高要求等优势,在微尺度加工领域得到了广泛的应用,并表现出了强大的技术潜能,受到了国内外工业界以及学术界的重视与关注。然而,微细电火花加工本身的脉冲电源频率高、放电能量十分微弱、加工环境复杂以及稳定的火花放电状态难以获得等特点,导致其加工过程中存在大量的不确定性与显著的随机性。确保微细电火花加工过程控制的稳定性以及有效性已成为提高加工系统性能、加工效率以及加工精度的关键。 目前,微细电火花加工过程的控制已广泛地采用了模糊逻辑理论,并取得了良好的效果。与传统模糊逻辑相比较而言,二型模糊逻辑对非线性时变系统当中不确定性的处理有着明显的优势。为了进一步增强模糊控制器对加工过程中不确定性的处理能力,改善微细电火花加工系统的性能,本论文引入区间二型模糊逻辑理论,在传统一型模糊控制器的基础上设计并实现了基于区间二型模糊逻辑的两阶伺服运动控制器,增强了加工控制系统对各个输入量与控制量中不确定信息的描述能力;同时,分析了检测控制方法的滞后性对微细电火花加工过程稳定性的影响,并结合区间二型模糊控制方法,以伺服进给速度为预测研究对象,提出了基于灾变灰色预测的伺服运动预测控制方法,旨在克服单纯依靠检测控制方法所导致的控制滞后性问题,提高加工过程控制的稳定性,从而获得更优的加工效率。 本文依托自主研发的微细电火花加工机床,以微小孔加工作为实验研究对象,针对所提出的区间二型模糊控制方法与基于灾变灰色预测的加工过程预测控制方法,分别开展加工实验。实验结果表明:区间二型模糊逻辑能够更好地处理微细电火花加工系统中的不确定性,相对于传统一型模糊控制方法而言,区间二型模糊控制方法能够显著提高加工过程的效率,适用于微细电火花加工控制;相对于常规检测控制方法而言,所提出的伺服运动预测控制方法能够有效地提高加工效率,同时显著地减少了加工过程中伺服回退(抬刀)出现的次数。因此,本文提出的基于灾变灰色预测的伺服运动预测控制方法能够有效地克服传统控制方法的滞后性,从而获得稳定的加工过程。 本文开展的微细电火花加工伺服运动预测与控制方法研究,对保证加工过程稳定性、提高加工效率以及促进微细电火花加工控制技术的发展提供了一定的借鉴及参考。


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