[發(fā)明專利]基于短路時間的微細(xì)電化學(xué)加工模糊在線控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911073603.3
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110744152B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建華;俞耀;葛紅宇;陳康;林健;李魯
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00;B23H11/00
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于短路時間的微細(xì)電化學(xué)加工模糊在線控制系統(tǒng)，其特征是包括上位控制系統(tǒng)和下位控制系統(tǒng)，下位控制系統(tǒng)包括宏運(yùn)動控制系統(tǒng)和微位移控制系統(tǒng)；

宏運(yùn)動控制系統(tǒng)控制電機(jī)完成加工的大行程運(yùn)動；微位移控制系統(tǒng)控制壓電致動器完成超精細(xì)加工的細(xì)微進(jìn)給量；

上位控制系統(tǒng)發(fā)送加工指令、加工參數(shù)至下位控制系統(tǒng)；下位控制系統(tǒng)分時調(diào)用控制邏輯，分別驅(qū)動宏運(yùn)動控制系統(tǒng)和微位移控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)控制宏/微兩級位移機(jī)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)微細(xì)電化學(xué)加工過程中加工極間間隙的高精微細(xì)的精密調(diào)整與加工的大行程運(yùn)動；

A、下位控制系統(tǒng)包括高性能嵌入式處理器和專用集成電路，二者進(jìn)行通信；專用集成電路用FPGA實(shí)現(xiàn)，具有SPI讀寫控制邏輯、X/Y/Z三軸電機(jī)控制邏輯、納秒加工脈沖控制邏輯、A/D與D/A轉(zhuǎn)換控制邏輯和專用寄存器；

B、對于宏運(yùn)動控制系統(tǒng)：

上位控制系統(tǒng)向下位控制系統(tǒng)發(fā)出宏運(yùn)動指令；下位控制系統(tǒng)收到宏運(yùn)動指令，并獲取指令的運(yùn)動參數(shù)，再把這些運(yùn)動參數(shù)寫入寄存器；宏運(yùn)動控制電路讀取運(yùn)動參數(shù)寄存器，獲取X/Y/Z三軸電機(jī)的運(yùn)動信息，并控制各軸電機(jī)的宏運(yùn)動；

C、對于微位移控制系統(tǒng)：

微位移控制系統(tǒng)包括微位移驅(qū)動電路、微位移檢測電路、壓電驅(qū)動及檢測裝置，其中：驅(qū)動電路是由D/A轉(zhuǎn)換電路和驅(qū)動放大電路構(gòu)成；微位移檢測電路是由A/D轉(zhuǎn)換電路和檢測放大電路構(gòu)成；

a、執(zhí)行微位移控制時：由下位控制系統(tǒng)把控制電壓并寫入專用集成電路，由專用集成電路的A/D與D/A轉(zhuǎn)換控制邏輯來驅(qū)動D/A轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)初始控制電壓；

而后，驅(qū)動放大電路將初始控制電壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)控制電壓，驅(qū)動壓電驅(qū)動與檢測裝置生成壓電驅(qū)動電壓，再施加到壓電致動器，實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給位移；

b、執(zhí)行微位移檢測時，壓電驅(qū)動與檢測裝置的位移檢測電路采集壓電致動器的輸出位移量，得到0-10V位移檢測電壓；由檢測放大電路放大，得到0-5V檢測電壓；而后，由專用集成電路的A/D與D/A轉(zhuǎn)換控制邏輯驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D，得到微位移的反饋量；并上送到下位控制系統(tǒng)，形成微位移的檢測反饋，實(shí)現(xiàn)微位移檢測；

所述下位控制系統(tǒng)的軟件包括管理與調(diào)度程序、串行通信控制程序、驅(qū)動控制程序與加工控制策略程序；其中，驅(qū)動控制程序包括X/Y/Z三軸電機(jī)驅(qū)動控制程序、微位移驅(qū)動控制程序、微位移檢測控制程序、脈沖及其檢測控制程序；加工控制策略程序包括微位移模糊控制程序與加工進(jìn)給模糊控制程序；

1)所述X/Y/Z三軸電機(jī)驅(qū)動控制程序流程為：

執(zhí)行宏運(yùn)動時，先獲取電機(jī)專用控制邏輯的忙閑狀態(tài)；

忙狀態(tài)，則說明電路存在未完成運(yùn)動，返回管理與調(diào)度程序；

閑狀態(tài)，則判斷X/Y/Z指令位移是否全零，若為全零，則返回當(dāng)前位移，返回系統(tǒng)的管理調(diào)度程序；不全為零，則清零使能寄存器相應(yīng)使能標(biāo)志，禁止X/Y/Z各軸的運(yùn)動；

而后，依次獲取X/Y/Z各軸的位移，寫入各軸運(yùn)動方向、位移、速度；

最后，重新置位使能寄存器的相應(yīng)使能標(biāo)志，使能X/Y/Z向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)三軸的宏運(yùn)動；

2)所述微位移驅(qū)動控制程序流程為：

首先，執(zhí)行地址判斷：若為地址0x0b00H，程序清零標(biāo)志bPwDaEn，準(zhǔn)備寫入脈沖電源的幅值電壓；若為地址0x0a00H，程序清零標(biāo)志bDaEn，準(zhǔn)備寫入壓電控制電壓；若為其它地址，程序不作處理，退出，返回系統(tǒng)管理與調(diào)度程序；

然后，將標(biāo)志寄存器新值寫入專用集成電路，禁止電源幅值電壓或壓電控制電壓對應(yīng)的DA輸出；然后，按照設(shè)定地址寫入脈沖幅值或壓電控制電壓的新值；再根據(jù)設(shè)置項(xiàng)目及其相應(yīng)的地址，再次使能對應(yīng)的標(biāo)志位，重算標(biāo)志寄存器的新值；最后，將標(biāo)志寄存器新值重新寫入專用集成電路，啟動對應(yīng)的DA電路，實(shí)現(xiàn)壓電致動器的驅(qū)動或加工脈沖幅值設(shè)置。

3)所述微位移檢測控制程序分為：AD啟動與數(shù)據(jù)讀取兩個過程，對應(yīng)地址分別為0x1000 H與0x1001H；

首先執(zhí)行地址判別：

如果地址為0x1000H，則將AD控制的標(biāo)志bAdEn清零，然后寫入專用集成電路，修改使能寄存器，禁止AD；而后，程序置1標(biāo)志bAdEn，再次寫入專用集成電路，修改使能寄存器，啟動AD轉(zhuǎn)換；

如果地址為0x1001H，則檢測AD控制的忙標(biāo)志，如果AD轉(zhuǎn)換是閑，讀取專用集成電路得到的AD數(shù)據(jù)，返回采集的微位移數(shù)據(jù)；如果AD轉(zhuǎn)換是忙，則返回管理與調(diào)度程序；

4)所述微位移模糊控制程序?yàn)椋?/p>

初始化各控制參數(shù)，判斷采樣定時是否來到：

如果采樣定時時間沒有到，則結(jié)束；

如果采樣定時時間到，則采集當(dāng)前微量位移，計算位移偏差與偏差的變化；如果偏差及其變化為0，則返回管理與調(diào)度程序；偏差及其變化非0，則執(zhí)行模糊處理，采用微位移模糊算法，計算控制電壓，送至壓電驅(qū)動與檢測裝置，輸出相應(yīng)位移量，實(shí)現(xiàn)一次位移調(diào)節(jié)；

5)所述進(jìn)給模糊控制程序?yàn)椋?/p>

首先執(zhí)行初始化操作，初始化程序各參數(shù)；

而后執(zhí)行采樣定時判別，如果定時未到，則退出，返回管理與調(diào)度程序；

如果定時到，則判斷加工的極間短路狀態(tài)：

如果加工正常，極間無短路狀態(tài)，進(jìn)給速度v'保持不變，根據(jù)當(dāng)前進(jìn)給速度計算當(dāng)前進(jìn)給周期內(nèi)的加工進(jìn)給量，驅(qū)動壓電致動器，實(shí)現(xiàn)加工進(jìn)給；

如果加工短路，則計算短路時間倒數(shù)1/ts的偏差E與偏差變化ΔE，然后計算量化后的E與量化后的ΔE隸屬度，執(zhí)行模糊處理過程，采用進(jìn)給模糊算法，求取進(jìn)給速度變化率，計算進(jìn)給速度v'與本次進(jìn)給周期內(nèi)的工具進(jìn)給量；

最后，執(zhí)行壓電驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)工具的進(jìn)給。