[發明專利]一種超高速超精密空氣靜壓電主軸主動熱控制系統及其方法

有效

• 申請號: 201710670629.0
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107247471B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 朱錕鵬;王容川;高思煜;施云高;徐林森
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19;G05B13/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種超高速超精密空氣靜壓電主軸主動熱控制系統的控制方法，所述超高速超精密空氣靜壓電主軸主動熱控制系統，包括：若干個溫度傳感器、數據采集與處理卡(12)、工業計算機(13)、工業控制器(14)、自動循環冷水機(17)、電磁比例閥(21)和液體流量計(20)；其中，所述自動循環冷水機(17)自身帶有水泵和散熱系統；

所述若干個溫度傳感器分別置于電主軸(23)的后徑向軸承內套(1)中、內置電機定子線圈端部繞組(4)中、前徑向軸承內套(6)中、左止推軸承(8)中、右止推軸承(11)中、進水口(18)和出水口(15)處；

所述數據采集與處理卡(12)分別和各個溫度傳感器以及液體流量計(20)相連，用于采集所述電主軸(23)的溫度數據和冷卻水(22)的溫度和流量數據并提供給所述工業計算機(13)；

所述工業計算機(13)分別連接所述數據采集與處理卡(12)和所述工業控制器(14)，用于獲取所述溫度數據和流量數據并提供給所述工業控制器(14)；

所述工業控制器(14)分別和所述自動循環冷水機(17)和電磁比例閥(21)連接，用于根據所述溫度數據和流量數據控制所述冷卻水(22)的自動循環和溫度調節；

所述電磁比例閥(21)和所述自動循環冷水機(17)連接，用于所述冷卻水(22)的流量調節；在所述電磁比例閥(21)上方的進水管處設置有所述液體流量計(20)，用于實時監測冷卻水(22)的流量；

置于后徑向軸承內套、內置電機定子線圈端部繞組、前徑向軸承內套、左止推軸承、右止推軸承的溫度傳感器的連接線通過同一走線通道(5)引出；其特征在于，

所述超高速超精密空氣靜壓電主軸主動熱控制系統的控制方法是按如下步驟進行：

步驟1、采集后徑向軸承內套(1)的溫度T1、內置電機定子線圈端部繞組(4)的溫度T2、前徑向軸承內套(6)的溫度T3、左止推軸承(8)的溫度T4、右止推軸承(11)的溫度T5、出水口(15)的溫度T6和進水口(18)的溫度T7和冷卻水(22)流量Q；

步驟2、采用多元回歸方法分別建立所述后徑向軸承內套(1)、內置電機定子線圈端部繞組(4)、前徑向軸承內套(6)、左止推軸承(8)、右止推軸承(11)各處溫度和電主軸(23)的轉速n、冷卻水進出口溫差ΔT＝T6-T7、冷卻水(22)流量Q以及時間t之間的溫度場預測模型，如式(1)所示：

式(1)中，T_i0為常數項，C_ij為回歸系數，ε_i為誤差項；i＝1,2,…5；j＝1,2,…4；

步驟3、將所述溫度場預測模型內置于工業計算機(13)中，通過實時計算，得到電主軸各部件的實時預測溫度值；

步驟4、取電主軸(23)各部件實時預測溫度值的平均值作為控制溫度；

電主軸(23)啟動后，當電主軸(23)各部件預測溫度平均值低于預先設定的熱平衡溫度時，采用模糊神經網絡和PID混合預測控制策略通過工業控制器(14)調節自動循環冷水機(17)和電磁比例閥(21)，使得所述電主軸(23)進入熱平衡狀態；

當電主軸各部件預測溫度平均值高于預先設定的熱平衡溫度時，采用模糊神經網絡和PID混合預測控制策略通過工業控制器(14)調節自動循環冷水機(17)和電磁比例閥(21)，同時，經溫度傳感器采集到的電主軸各部件處的溫度平均值作為反饋，傳送給工業控制器(14)對控制參數進行校正。