基于FPGA的节能型微细电火花加工脉冲电源的设计
发布时间：2022-07-15 11:29
微细电火花加工具有非接触、无毛刺、低应力等特点,在微细加工领域中占据重要地位,是微细孔、微沟槽及微三维结构等微小尺寸零件加工中不可替代的一种技术。脉冲电源为微细电火花加工提供蚀除材料的能量,是决定机床加工性能的关键因素。随着微小器件需求的增加以及机械制造的微细化发展趋势,脉冲电源逐渐成为了制约微细电火花加工技术发展的主要因素。本文从微细电火花加工脉冲电源及其间隙放电状态检测技术两方面展开研究。首先根据可控式RC脉冲电源的放电加工原理总结出微细电火花加工脉冲电源的设计需求,由此设计了反激式脉冲电源。该电源以单端反激电路为主拓扑,可利用反激变换器调节脉冲电源输出多级能量,除此外,反激变换器副边具有可控的双路储能电容回路,以此实现多能量等级加工与清扫脉冲功能。其中多能量等级加工可对微细电火花加工过程进行放电能量控制,以改善间隙放电状态并稳定整个加工过程;清扫脉冲功能可解决微细加工中排屑困难的问题,有助于提升加工效率。高速间隙检测电路可对间隙电压、电流数据进行实时采样,并将数据传输至放电状态检测模块。脉冲电源以FPGA作为主控芯片,实现PWM驱动信号的生成并完成与微细机床控制器之间的CAN总线...
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 微细电火花加工研究现状
1.2.1 微细电火花加工脉冲电源研究现状
1.2.2 微细电火花间隙放电状态检测研究现状
1.3 本课题的主要研究内容与意义
第二章 反激式脉冲电源理论研究
2.1 可控式RC脉冲电源工作原理
2.1.1 可控式RC脉冲电源高频放电技术
2.1.2 微细电火花加工脉冲电源的设计需求
2.2 反激式微细脉冲电源工作原理
2.2.1 反激式微细脉冲电源高频放电技术
2.2.2 多能量等级加工模式实现
2.2.3 清扫脉冲功能实现
2.2.4 脉冲电源能耗分析
2.3 放电间隙模型建立与仿真分析
2.3.1 放电间隙等效模型分析
2.3.2 基于Saber的仿真分析
2.4 本章小结
第三章 反激式脉冲电源总体设计
3.1 脉冲电源总体结构
3.2 主放电回路设计
3.2.1 变压器参数分析与设计
3.2.2 脉冲隔离驱动模块
3.3 高速间隙检测电路设计
3.3.1 电压检测电路
3.3.2 电流检测电路
3.3.3 高速并行A/D转换电路
3.4 控制系统设计
3.4.1 FPGA及其开发流程简介
3.4.2 系统时钟模块
3.4.3 PWM驱动信号模块
3.4.4 CAN总线通信模块
3.5 本章小结
第四章 基于机器学习的放电状态检测研究
4.1 机器学习及其常见算法简介
4.2 放电间隙数据采集与处理系统
4.2.1 放电间隙数据采集
4.2.2 FIRII滤波器设计
4.3 脉冲分类器模型建立
4.3.1 训练样本采集与特征量选取
4.3.2 单脉冲分类标准建立
4.3.3 脉冲分类器离线训练
4.3.4 脉冲分类器在线检测
4.4 脉冲分类器实时性分析
4.5 本章小结
第五章 脉冲电源加工工艺实验
5.1 加工实验环境搭建
5.2 脉冲电源波形分析
5.2.1 脉冲电源内部信号分析
5.2.2 储能电容放电波形分析
5.3 加工工艺实验
5.3.1 多能量等级加工实验
5.3.2 清扫脉冲加工实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 主要总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 :作者在攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]微细电火花加工技术的研究现状[J]. 欧阳波仪. 模具技术. 2016(06)
[2]节能型电火花加工脉冲电源的研究[J]. 黄瑞宁,李毅,刘晓飞. 中国机械工程. 2016(18)
[3]电火花加工装备国内外研究现状[J]. 顾琳. 航空制造技术. 2015(16)
[4]微细电火花加工技术研究现状概述[J]. 陈飞,王宝瑞,施威,张勇斌. 电加工与模具. 2015(S1)
[5]电火花线切割自适应节能脉冲电源发展需解决的关键技术[J]. 凡银生,白基成,李强,李朝将. 电加工与模具. 2015(01)
[6]微细电火花加工可控式RC脉冲电源研究[J]. 黄海清,刘伟,曾令燎,张海平. 电加工与模具. 2013(02)
[7]电火花间隙放电状态检测方法综述[J]. 王彤,张广志. 哈尔滨理工大学学报. 2012(03)
[8]微细电火花加工脉冲电源及其脉冲控制技术[J]. 蒋毅,赵万生,顾琳,康小明. 上海交通大学学报. 2011(11)
[9]气中微细电火花沉积加工的单脉冲放电过程热力学仿真(英文)[J]. 王玉魁,解宝成,王振龙,彭子龙. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(S2)
[10]基于小波变换的电火花放电状态检测与分析[J]. 蒋毅,赵万生,顾琳,韦红雨. 航天制造技术. 2009(06)
博士论文
[1]集成式微细电火花加工系统及其应用研究[D]. 耿雪松.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]基于PNN算法的电火花线切割间隙放电状态检测研究[D]. 唐琦.哈尔滨理工大学 2018
[2]电火花小孔加工间隙状态检测及伺服控制系统研究[D]. 孙贺龙.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于LVQ算法的水雾中线切割放电状态检测研究[D]. 郭一璀.哈尔滨理工大学 2016
[4]SiCp/Al电火花微小孔加工的放电状态检测及控制技术研究[D]. 兰起洪.哈尔滨工业大学 2015
[5]磁场辅助电火花表面强化技术及实验研究[D]. 郝越峰.太原理工大学 2015
[6]基于高速主轴深小孔电火花加工技术研究[D]. 李震.哈尔滨工业大学 2013
[7]超声辅助电火花沉积装置及工艺研究[D]. 徐勇.广东工业大学 2011
[8]微细电火花加工微能脉冲电源的研究[D]. 林涛.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3661964
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 微细电火花加工研究现状
1.2.1 微细电火花加工脉冲电源研究现状
1.2.2 微细电火花间隙放电状态检测研究现状
1.3 本课题的主要研究内容与意义
第二章 反激式脉冲电源理论研究
2.1 可控式RC脉冲电源工作原理
2.1.1 可控式RC脉冲电源高频放电技术
2.1.2 微细电火花加工脉冲电源的设计需求
2.2 反激式微细脉冲电源工作原理
2.2.1 反激式微细脉冲电源高频放电技术
2.2.2 多能量等级加工模式实现
2.2.3 清扫脉冲功能实现
2.2.4 脉冲电源能耗分析
2.3 放电间隙模型建立与仿真分析
2.3.1 放电间隙等效模型分析
2.3.2 基于Saber的仿真分析
2.4 本章小结
第三章 反激式脉冲电源总体设计
3.1 脉冲电源总体结构
3.2 主放电回路设计
3.2.1 变压器参数分析与设计
3.2.2 脉冲隔离驱动模块
3.3 高速间隙检测电路设计
3.3.1 电压检测电路
3.3.2 电流检测电路
3.3.3 高速并行A/D转换电路
3.4 控制系统设计
3.4.1 FPGA及其开发流程简介
3.4.2 系统时钟模块
3.4.3 PWM驱动信号模块
3.4.4 CAN总线通信模块
3.5 本章小结
第四章 基于机器学习的放电状态检测研究
4.1 机器学习及其常见算法简介
4.2 放电间隙数据采集与处理系统
4.2.1 放电间隙数据采集
4.2.2 FIRII滤波器设计
4.3 脉冲分类器模型建立
4.3.1 训练样本采集与特征量选取
4.3.2 单脉冲分类标准建立
4.3.3 脉冲分类器离线训练
4.3.4 脉冲分类器在线检测
4.4 脉冲分类器实时性分析
4.5 本章小结
第五章 脉冲电源加工工艺实验
5.1 加工实验环境搭建
5.2 脉冲电源波形分析
5.2.1 脉冲电源内部信号分析
5.2.2 储能电容放电波形分析
5.3 加工工艺实验
5.3.1 多能量等级加工实验
5.3.2 清扫脉冲加工实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 主要总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 :作者在攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]微细电火花加工技术的研究现状[J]. 欧阳波仪. 模具技术. 2016(06)
[2]节能型电火花加工脉冲电源的研究[J]. 黄瑞宁,李毅,刘晓飞. 中国机械工程. 2016(18)
[3]电火花加工装备国内外研究现状[J]. 顾琳. 航空制造技术. 2015(16)
[4]微细电火花加工技术研究现状概述[J]. 陈飞,王宝瑞,施威,张勇斌. 电加工与模具. 2015(S1)
[5]电火花线切割自适应节能脉冲电源发展需解决的关键技术[J]. 凡银生,白基成,李强,李朝将. 电加工与模具. 2015(01)
[6]微细电火花加工可控式RC脉冲电源研究[J]. 黄海清,刘伟,曾令燎,张海平. 电加工与模具. 2013(02)
[7]电火花间隙放电状态检测方法综述[J]. 王彤,张广志. 哈尔滨理工大学学报. 2012(03)
[8]微细电火花加工脉冲电源及其脉冲控制技术[J]. 蒋毅,赵万生,顾琳,康小明. 上海交通大学学报. 2011(11)
[9]气中微细电火花沉积加工的单脉冲放电过程热力学仿真(英文)[J]. 王玉魁,解宝成,王振龙,彭子龙. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(S2)
[10]基于小波变换的电火花放电状态检测与分析[J]. 蒋毅,赵万生,顾琳,韦红雨. 航天制造技术. 2009(06)
博士论文
[1]集成式微细电火花加工系统及其应用研究[D]. 耿雪松.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]基于PNN算法的电火花线切割间隙放电状态检测研究[D]. 唐琦.哈尔滨理工大学 2018
[2]电火花小孔加工间隙状态检测及伺服控制系统研究[D]. 孙贺龙.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于LVQ算法的水雾中线切割放电状态检测研究[D]. 郭一璀.哈尔滨理工大学 2016
[4]SiCp/Al电火花微小孔加工的放电状态检测及控制技术研究[D]. 兰起洪.哈尔滨工业大学 2015
[5]磁场辅助电火花表面强化技术及实验研究[D]. 郝越峰.太原理工大学 2015
[6]基于高速主轴深小孔电火花加工技术研究[D]. 李震.哈尔滨工业大学 2013
[7]超声辅助电火花沉积装置及工艺研究[D]. 徐勇.广东工业大学 2011
[8]微细电火花加工微能脉冲电源的研究[D]. 林涛.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3661964
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