[發明專利]基于短路時間的微細電化學加工模糊控制方法

有效

• 申請號: 201911073604.8
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110744153B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 張建華;俞耀;葛紅宇;陳康;林健;李魯
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00;B23H11/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種基于短路時間的微細電化學加工模糊控制方法，其特征是采用壓電致動器作為工具的微動機構，以壓電致動器為被控對象，對壓電致動器的進給動作進行控制，這個控制包括進給模糊控制過程和微位移模糊控制過程；微位移模糊控制和進給模糊控制構成雙閉環模糊控制系統，內環為微位移模糊控制部分，外環為進給模糊控制部分；控制方法為：

設：短路時間倒數1/t_s設定值R(s)，短路時間倒數1/t_s的實際輸出C(s)，短路時間倒數1/t_s的偏差E，短路時間倒數1/t_s的偏差變化ΔE，微位移設定值為R′(s)，微位移實際輸出量為C′(s)，微位移偏差E′，微位移偏差變化ΔE′；

a、進給模糊控制過程：

R(s)和C(s)的差值經使能控制環節處理后，得到E以及ΔE作為進給模糊控制器的輸入；

進給模糊控制器輸出進給速度變化率；由進給速度變化率依次積分得到進給速度和進給位移調節量；進給位移調節量與初始進給量的和值，與短路回退環節得到的回退值之差即為微位移設定值R′(s)；R′(s)作為微位移模糊控制環節的輸入；

短路使能EN環節的輸入為極間間隙，輸出為短路使能信號；由實際的工具陰極的進給速度和工件陽極的蝕除速度得到C(s)；進給速度由微位移模糊控制過程的實際輸出量C′(s)微分處理得到；進給速度和蝕除速度的速度差值再與初始的極間間隙之和，再與短路回退環節得到的回退值之和，作為極間間隙；

b、微位移模糊控制過程：

R′(s)經前饋控制環節后得到前饋控制量；

R′(s)和C′(s)的差值為E′，差值變化為ΔE′；E′和ΔE′作為微位移模糊控制器的輸入；微位移模糊控制器的輸出為PID控制環節的參數修正量ΔK_P和ΔK_I；ΔE′輸入PID控制環節得到模糊PID控制輸出量；

前饋控制量和模糊PID控制輸出量之和得到驅動壓電致動器的驅動電壓量，壓電致動器經驅動執行動作，并得到C′(s)。

2.根據權利要求1所述的基于短路時間的微細電化學加工模糊控制方法，其特征是所述使能控制環節是一個帶使能端的比例環節；

正常加工時，極間間隙大于零，比例系數為0；

加工短路時，極間間隙為零，比例系數為1，正常采集短路時間倒數1/ts的偏差E與偏差變化ΔE，完成系統控制。

3.根據權利要求1所述的基于短路時間的微細電化學加工模糊控制方法，其特征是所述回退值是由短路回退環節實現；短路回退環節對加工短路進行處理；加工短路，則短路回退環節輸出一個極間間隙的回退值；正常工作時，短路回退環節輸出值是0。

4.根據權利要求1所述的基于短路時間的微細電化學加工模糊控制方法，其特征是正常進給時：無短路狀況發生，極間間隙＞0，短路使能EN環節輸出0值，使能控制環節的輸出比例系數為0，E與ΔE均取0值，進給模糊控制器的輸出進給速度變化率為0；短路回退環節輸出0值，進給速度保持不變；

發生極間短路時：極間間隙為0，短路使能EN環節輸出1值，使能控制環節的輸出比例系數取值為1；采集E與ΔE，進給模糊控制器輸出進給速度變化率經2次積分得到進給位移調節量；同時，短路回退環節輸出一個間隙值的回退值，結合初始進給量與進給位移調節量，得到微位移實際輸出量C′(s)對應的驅動電壓，實現進給；

對微位移模糊控制器的輸出位移執行一次微分運算，得到當前的實際進給速度；將實際進給速度與蝕除速度送入短路時間模型，計算當前短路時間倒數1/t_s；將其與短路時間倒數1/t_s設定值比較，實現進給速度的閉環控制。

5.根據權利要求1所述的基于短路時間的微細電化學加工模糊控制方法，其特征是加工的極間間隙通過蝕除速度與進給速度求取，對二者的偏差執行一次積分，得到加工的極間間隙的變化量，結合初始的極間間隙與短路回退環節輸出的回退值，即得加工的極間間隙值。

6.根據權利要求1所述的基于短路時間的微細電化學加工模糊控制方法，其特征是由實際的工具陰極的進給速度和工件陽極的蝕除速度得到C(s)的過程由短路時間模型環節實現；

短路時間模型是根據電化學加工的雙電層電容模型理論得到，短路時間t_s與工具陰極的進給速度v、工件陽極的蝕除速度V_c三者之間的邏輯關系滿足：

式中，A＝kωU_R，

k為溶液的電導率，

ω為電化學當量，

U_R為電極兩端的壓降，

c為加工環境參數，短時間內可視作常量，

s₀為初始的加工間隙；

上式中，短路時間無窮大對應的工具陰極的進給速度為理想加工進給速度。