[發明專利]一種用于電火花磨削加工的電極間隙控制方法

有效

• 申請號: 201711325910.7
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108213621B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 張輝;湯佳駿;葉佩青
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23H1/00
• 分類號: B23H1/00;B23H11/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發明提出一種用于電火花磨削加工的電極間隙控制方法，屬于電加工領域。該方法對加工對象進行PID參數整定實驗，記錄每一次實驗的PID控制參數及控制效果，并確定PID控制參數的基礎值；設定一組模糊控制參數分別對應的的論域，模糊子集以及模糊規則；利用設定結果，對加工對象進行多次重復電火花磨削加工實驗，選擇一組電壓波動最小的實驗數據，使用聚類算法對該次加工實驗采集到的所有輸入量數據點進行聚類優化，分別得到優化后模糊控制參數中電壓偏差和電壓偏差變化率的論域和模糊子集，用于電火花磨削加工。本發明引入聚類算法，對模糊控制參數的模糊子集等進行優化，使得控制方法的設計受到人為主觀的影響減小，節約成本。

技術領域

本發明屬于電加工領域，特別是涉及一種用于電火花磨削加工的電極間隙控制方法。

背景技術

電火花加工，是指在絕緣介質中，將工具電極和工件電極分別接上脈沖電源的正負極，由電源產生的高頻脈沖電壓使得介質被擊穿，并產生局部高溫，從而熔化工件，蝕除金屬的一種加工方法。由于電火花加工不存在切削力，因此加工過程不受工件硬度、韌性等影響，可以運用在高硬度材料的高效加工上。

放電加工中，一個很關鍵的因素是電極間隙(工具電極和工件電極之間的最小距離)，想要獲得較高的精度、效率和表面質量，就需要保持均勻，穩定的小間隙。目前經典PID(比例-積分-微分)閉環控制在電火花加工領域仍然是運用最廣的一種電極間隙控制方法，理論及應用已經相當成熟，即根據給定電壓與實際輸出電壓的偏差，計算出偏差比例、積分、微分經過線性組合得到的控制量(設定速度u)，從而對控制對象(一般指工具電極)與對加工對象的間隙進行控制。其優勢在于，若控制對象容易被建模，則可通過理論計算推導出明確的PID控制參數(包括比例系數Kp，積分系數Ki和微分系數Kd)；若控制對象難以建模，則可以通過現場調試整定比例、積分、微分系數，只要對象的線性度較好，總可以得到一組控制效果較好的PID參數。

然而，對于電火花加工這種線性度較差且難以建模的系統來說，通過整定一組PID參數很難實現全程穩定控制。因此，出現了將模糊控制運用到PID參數的在線調整上的電火花電極間隙控制方法。但是目前該方法需要有豐富經驗的專業人員對模糊控制參數進行設計，特別是需要通過人工經驗或者大量實驗，總結給出各輸入量(e、ec等)的隸屬度函數，不可避免附加主觀因素，而且不具有特定工件的針對性，不能良好地適應某種特定產品的加工過程。

圖1給出了一般的模糊PID控制方法框圖，包括：PID控制模塊、模糊控制模塊和電壓檢測模塊。每個采樣時刻，模糊控制模塊通過將輸入的根據被控量(由電壓檢測模塊采集得到的反饋電壓V)和參考值(參考電壓S，此值根據工程經驗設定)進行比較得出的e(電壓偏差)、ec(電壓偏差變化率)進行模糊化(根據e、ec及其論域，模糊子集，模糊隸屬度表得出模糊量E、EC)、模糊推理(根據表1、表2、表3的模糊規則進行推理，即由E、EC查得ΔKP、ΔKI、ΔKD，其中NB、NM、NS、PS、PM、PB分別表示負大、負中、負小、正小、正中、正大)和去模糊化(根據ΔKP、ΔKI、ΔKD的論域、模糊子集、模糊隸屬度表得出精確量ΔKp、ΔKi、ΔKd)，得到PID控制參數Kp、Ki、Kd的微調量ΔKp、ΔKi、ΔKd，并將上述微調量疊加到對應的PID控制參數Kp、Ki、Kd中，達到在線動態地調整PID控制參數的目的。然后利用上述經過動態調整的PID控制參數，結合輸入的e、ec，輸出該時刻的控制量u(電極移動速度)并發送給電極，如此循環，實現電火花電極間隙控制。以上方法的不足之處在于：自變量(e、ec)的模糊子集(自變量模糊化時取值的集合)由人工通過經驗或者大量實驗總結給出，容易附加主觀因素，而且不具有特定工件的針對性，不能良好地適應某種特定產品的加工過程。

表1ΔKP模糊控制規則表

表2ΔKI模糊控制規則表

表3ΔKD模糊控制規則表

發明內容