超前兩步預(yù)測的電火花加工自適應(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，更具體涉及一種超前兩步預(yù)測的電火花加工自適應(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弱穩(wěn)態(tài)過程。如果加工過程中沖油或排肩 狀況惡劣的情況下，會出現(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)動參數(shù)或 電參數(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)動參數(shù)或電參數(shù)，避免加工進(jìn)入有害加工階段，其中抬刀周期是電參數(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，以保證電火花加工處于有效加工階段。
[0006] (二）技術(shù)方案
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種超前兩步預(yù)測的電火花加工自適應(yīng)控 制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0008] 參數(shù)估計器，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)時判斷， 得到放電狀態(tài)，并將所述放電狀態(tài)傳傳遞給控制模塊；所述參數(shù)估計器還用于根據(jù)所述放 電狀態(tài)以及控制模塊提供的控制信號在線識別過程參數(shù)，并將識別得到的所述過程參數(shù)傳 遞給參數(shù)計算器；
[0009] 參數(shù)計算器，用于根據(jù)所述過程參數(shù)計算得到多個控制方程多項(xiàng)式，并將多個所 述控制方程多項(xiàng)式傳遞給所述控制器；
[0010] 控制器，用于根據(jù)所述多個控制方程多項(xiàng)式和所述放電狀態(tài)，根據(jù)極點(diǎn)配置得到 控制信號，并利用所述控制信號確定抬刀周期；
[0011] 被控對象，用于根據(jù)所述抬刀周期進(jìn)行調(diào)整；
[0012] 其中，電火花加工過程實(shí)變模型：
[0014] 所述參數(shù)計算器利用下面公式計算所述多個控制方程多項(xiàng)式：
[0015] A(q) =A1(Q)D1Cq)
[0016] B(q) =B1(q)D1(q)
[0026] 式中，A(q)、B(q)、C(q)、Ani (q)、Bni (q)、R、S、T為所述多個控制方程多項(xiàng)式；q為前 向移位算子；d= 2為超前兩步；B+表示B(q)中的穩(wěn)定可約分部分；B表示B(q)中的不穩(wěn) 定不可約分部分；1?1=1?/8+;&1...& 11!1、131...13111)、。1...。":以及(11...(1 11(1均為 所述過程參；am" ? ^amnaPbm1* ? ^bmnbm為參考模型參數(shù)，e(t)為隨機(jī)干擾信號。
[0027] 優(yōu)選地，所述參數(shù)估計器利用遞歸最小二乘法估計所述過程參數(shù)，并且所述過程 參數(shù)為：
[0028] B=Ia1- --a,^-^4 '4,F
[0029] 式中，al? ? ?ana、bl? ? ?bnb、cl? ? ?Cnc以及dl? ? ?dnd為所述過程參數(shù)， 0為表示所述過程參數(shù)的集合，na、nb、n。、^表示過程參數(shù)的個數(shù)。
[0030] 優(yōu)選地，計算所述控制信號：
[0031] Ru(t) =Tuc-Sy(t)
[0033] 式中，R、S、T為根據(jù)極點(diǎn)配置和超前兩步預(yù)測計算出的多個控制方程多項(xiàng)式，u。為 參考模型狀態(tài)，y(t)為所述放電狀態(tài)，u(t)為所述控制信號。
[0034] 優(yōu)選地，所述抬刀周期利用如下公式計算：
[0035] T=u/k
[0036] 式中，T為所述抬刀周期，U為所述控制信號，k為抬刀周期控制系數(shù)。
[0037] 優(yōu)選地，所述參數(shù)估計器包括放電狀態(tài)識別單元和放電狀態(tài)判別單元；所述放電 狀態(tài)識別單元根據(jù)所述間隙電壓和間隙電流識別得到有害放電狀態(tài)、有效放電狀態(tài)以及放 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)以及放電延遲狀態(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)。
[0038] 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)。
[0039] 優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括通訊模塊，其與所述控制器、被控對象以及參數(shù)估計器連 接；
[0040] 所述參數(shù)估計器還包括抬刀狀態(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)時判斷，得到抬刀狀態(tài)，生成并發(fā)送有效抬刀信號給所述通訊模塊；所述通訊模塊在接 收到所述有效抬刀信號后，將所述控制器最新計算得到的所述抬刀周期傳遞給所述被控對 象。
[0041] 根據(jù)上述系統(tǒng)進(jìn)行超前預(yù)測的電火花加工自適應(yīng)控制的方法，包括以下步驟：
[0042] 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)時判斷，得到放電狀 態(tài)；
[0043] S2、在線識別過程參數(shù)；
[0044] S3、根據(jù)所述過程參數(shù)計算得到多個控制方程多項(xiàng)式；
[0045] S4、根據(jù)所述多個控制方程多項(xiàng)式和所述放電狀態(tài)，利用極點(diǎn)配置方法計算得到 控制信號，并利用所述控制信號確定抬刀周期；
[0046] 其中，電火花加工過程實(shí)變模型：
[0048] 利用下面公式計算所述多個控制方程多項(xiàng)式：
[0049] A(Q)=A1(Q)D1 (q)
[0050] B(q) =B1 (q)D1 (q)
[0051] C(q) =C1(Q)A1(Q)
[0060] 式中，A(q)、B(q)、C(q)、Ani (q)、Bni (q)、R、S、T為所述多個控制方程多項(xiàng)式；q為前 向移位算子；d= 2為超前兩步；B+表示B(q)中的穩(wěn)定可約分部分；B表示B(q)中的不穩(wěn) 定不可約分部分；1?1=1?/8+;&1...& 11!1、131...13111)、。1...。":以及(11...(1 11(1均為 所述過程參數(shù)；am" ? ^amnaPbm1* ? ^bmnbm為參考模型參數(shù)，e(t)為隨機(jī)干擾信號。
[0061] 優(yōu)選地，計算所述控制信號：
[0062] Ru(t) =Tuc-Sy(t)
[0064] 式中，R、S、T為所述多個控制方程多項(xiàng)式，u。為參考模型狀態(tài)，y(t)為所述放電狀 態(tài)，u(t)為所述控制信號；
[0065] 所述步驟S4中的抬刀周期利用如下公式計算：
[0066] T=u/k
[0067] 式中，T為所述抬刀周期，U為所述控制信號，k為抬刀周期控制系數(shù)。
[0068] 優(yōu)選地，所述方法還包括確定有效抬刀狀態(tài)步驟：
[0069] 根據(jù)所述間隙電壓和間隙電流進(jìn)行實(shí)時判斷，得到抬刀狀態(tài)，并在所述抬刀狀態(tài) 數(shù)目大于抬刀參考模型值時，生成有效抬刀信號；
[0070] 在所述有效抬刀信號生成時，將最新計算得到的所述抬刀周期傳遞給所述被控對 象。
[0071] (三）有益效果
[0072] 本發(fā)明提供了一種超前兩步預(yù)測的電火花加工自適應(yīng)控制系統(tǒng)及方法，本發(fā)明通 過對過程參數(shù)的在線識別，并利用在線識別的過程參數(shù)，根據(jù)本發(fā)明的控制模型以及當(dāng)前 的放電狀態(tài)得到控制信號，實(shí)現(xiàn)對抬刀周期的實(shí)時調(diào)節(jié)，能夠使加工維持在有效加工階段， 極大加強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并提高了加工效率。
【附圖說明】
[0073] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0074] 圖1為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的超前兩步預(yù)測的電火花加工自適應(yīng)控制系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0075] 圖2為本發(fā)明的另一個較佳實(shí)施例的超前兩步預(yù)測的電火花加工自適應(yīng)控制系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0076] 圖3為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的放電狀態(tài)判斷流程圖；
[0077] 圖4為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的超前兩步預(yù)測的電火花加工自適應(yīng)控制方法 流程圖；
[0078] 圖5a為利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行電火花加工的放電狀態(tài)示意圖；
[0079] 圖5b為利用本發(fā)明的系統(tǒng)或方法進(jìn)行電火花加工的放電狀態(tài)和抬刀周期的示意 圖；
[0080] 圖5c為利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行電火花加工與利用本發(fā)明的系統(tǒng)或方法進(jìn)行電火花加 工的放電狀態(tài)和抬刀周期的對比示意圖；
[0081] 圖6a為圖5b中1部分的放大示意圖；
[0082] 圖6b為圖5b