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基于模糊控制的电火花线切割加工伺服控制系统研究

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【作者】 闫保如黄瑞宁

【机构】 哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院

【摘要】 电火花线切割加工是通过在电极丝和工件之间施加电压产生火花放电对工件材料进行蚀除加工的过程。由于电火花加工中所涉及的电参数和伺服参数较多,受电压、电流、冲液、走丝和排屑等多种因素的影响,放电过程中噪声也较多,加工过程信号变化随机性大,呈现出高度非线性,导致加工过程稳定性差,常出现短路或拉弧情况,使加工效率降低的同时,表面质量也受到影响。虽然目前大多数电火花加工机床都具备短路回退的功能,但其控制功能不能随加工状态的变化而自动调整间隙距离,故对提高加工效率和加工质量的帮助不大。为解决这一问题,设计了智能控制系统,该系统应能够对加工环境正确感知,做出合理的响应,提高电火花加工效率及加工质量。具体而言,通过准确辨识电极丝与工件之间的放电状态,根据间隙放电状态实时对伺服控制做出调整,使电极丝与工件之间既能够满足脉冲电压不断击穿介质,产生火花放电,又可适应在火花通道熄灭后介质消电离及排出电蚀产物的要求。针对电火花线切割加工过程的特点,提出了基于模糊控制的电火花线切割伺服控制系统,该智能控制系统主要包括两部分:间隙放电状态检测及基于模糊控制的伺服控制器。间隙放电状态检测部分通过采集单个放电脉冲的放电电压数据,利用逻辑判别电路实时辨识加工过程中单个放电脉冲的放电状态,将该单个脉冲放入一系列放电脉冲中,统计一定放电周期内的短路率和开路率,对间隙放电状态有整体的判断,完成间隙放电状态检测过程;伺服控制器集合了模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理,利用计算机数字控制技术实现人的控制经验。通过设计模糊控制器实现对间隙的伺服控制,具体表现为将检测部分反馈的短路率以及短路率的变化量作为模糊控制器的输入,根据所设计的模糊控制规则推理间隙放电状态及其变化趋势,输出调整伺服控制电机进给或回退速度的放电状态值,结合伺服控制策略,控制伺服系统的进给或回退以及进给或回退的速度,从而实现在加工过程中根据放电状态对间隙距离实时调整,提高加工系统的加工效率和加工质量。通过在电火花线切割加工平台进行实验验证,该智能控制系统能够实现对电火花线切割加工过程的有效控制,实现稳定、高效的加工目标,加工效率和加工质量与传统加工方式相比有明显提升。检测电路与控制系统有较强稳定性,抗干扰能力强、成本较低,适应与机床的数控系统集成应用,构成高效便捷的智能加工控制系统。

【基金】 国家自然科学基金资助项目(51475107);深圳市基础研究资助项目(JCYJ20170811160440239)
  • 【会议录名称】 第18届全国特种加工学术会议论文集(摘要)
  • 【会议名称】第18届全国特种加工学术会议
  • 【会议时间】2019-07-31
  • 【会议地点】中国新疆乌鲁木齐
  • 【分类号】TG484
  • 【主办单位】中国机械工程学会特种加工分会
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