便携式电火花机床放电状态检测和伺服控制策略研究
发布时间：2020-12-20 03:22
随着人民对美好生活的追求与传统机械加工水平之间的矛盾日益加深,制造业开始向着精密化的方向倾斜。在航天飞机、医疗器械中小孔结构非常常见,使用传统机械加工很困难,由于电火花加工具有无宏观的机械切削力和加工精度高等特点而被广泛应用在小孔加工中。在其加工中放电状态和伺服装置是保障电火花能够完成高质量高效率加工的关键。所以本文针对电火花加工过程中的随机性强的特点,改善了放电状态检测装置和伺服控制策略的方案,对保障加工质量和加工效率具有重要的意义。本文首先简述了国内外有关放电状态检测和伺服控制策略的研究现状,分析了不同放电状态检测和伺服控制的优点和缺点,针对电火花加工中放电随机性强、控制系统难以用数学手段建模和整个加工系统参数随着加工时间的推移而变化的特点,提出了基于神经网络的放电状态检测装置和基于模糊PID来自动调整系统参数的伺服控制策略。为了分析不同放电状态下的电压和电流信号的特点,首先基于实验采集了五种典型放电状态下的电压和电流波形,人为的标记五种不同的放电状态,并寻找其规律。然后提出了下位机采集间隙放电信号和上位机识别放电状态的总体方案。设计了基于ARM的可高速采集放电间隙的电信号的下位机...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电火花加工原理
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-下五种放电状态，包括开路、偏开路、火花放电、偏短路、短路五种状态[7]。目前有传统检测法和智能检测法两种状态检测方法。传统检测方法通常依靠硬件电路实现，其中包括平均间隙电压检测法、峰值检测法、电流检测法、门槛电压检测法、多传感器融合法、高频与音频信号检测法、击穿延时法等[8][9]。（1）门槛电压检测法由于不同的放电状态下电压信号是十分明显的，而门槛电压检测法就是依据不同放电状态下，其电压波形的差异从而进行放电状态的识别[10]。如图1-2所示为门槛电压检测法的原理，首先采集的放电间隙的电压，然后经过电阻组成的高阻分压器后，最后根据逻辑电路达到判断放电状态的目的。很显然，通过设定两个阈值Vref1、Vref2，就可以将放电间隙的间隙状态分成短路、火花、开路三种状态，具体判定过程如下：①当极间电压V大于Vref1，判定为开路状态；②当极间电压V大于Vref2，小于Vref1，判定为火花状态；③当极间电压V小于Vref2，判定为短路状态；此种放电状态的优点是其原理和硬件电路简单，使用起来方便；缺点是门槛电压Vref1和Vref2的设定却比较复杂，需根据实际加工中的放电数据才能选择效果较好Vref1和Vref2，并且不能区分过渡电弧和稳定电唬如果想要进行区分，则需要测量更多的放电过程中的参数，这些参数都需要大量的实验才能够获得，不经增加了电路的成本，而且在实际使用时也增加了测量的难度。图1-2门槛电压检测法（2）浮动阈值检测法在点火花加工时，随着工件电极深入到工件内部，会导致排屑困难，而铁屑会改变击穿电压等电参数，所以事先设定的阈值已经不能准确描述此时的放电状态，阈值需要动态的调整和设定。其原理如图1-3所示，该检测装置主要
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-由采集部分、滤波电路和波形判断等部分构成。使用霍尔传感器采集的加工时的电流，由此电流而生成变化的浮动阈值电压Ude、Ues，再与放电间隙的电压Vfz做对比，将对比的结果送至判断模块得出极间放电状态。浮动阈值检测法具有是阈值可以任意调节、不易受外界影响和阈值调节精准优点，在电火花加工中放电状态的判断[11]有着优秀的表现。该原理首先由李明辉[12]等人提出，随后由山东大学的霍孟友等人[13]提出创新的浮动阈值检测法。图1-3浮动阈值检测法框图（3）多传感器融合技术检测法多传感器融合法的识别机制是根据用户自己创建的规则依靠多个传感器采集的数据进行组合，梳理其不同信息之间的冗余或互补的关系，从而得到被观测对象的特征描述。如图1-4所示，把多传感器融合法应用在放电状态识别上，具体做法是通过两个传感器分别采集放电间隙的峰值电压和电流信号，然后对多传感器采集的数据进行整合，最终按照给定的规则进行放电状态的判断[14]。多传感器融合法的优点是可以降低有畸形信号带来的错误判断，还能够是整个系统在低采样频率下工作，所以进一步降低对传感器的工作频率要求。其缺点是由于噪声的影响而导致不能根据单一的电压信号或电流信号判断放电状态。图1-4多传感器融合技术检测系统图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于极间通道阻抗变化的微细电火花放电状态检测方法[J]. 张勇斌,刘广民,荆奇,胡波. 机床与液压. 2019(14)
[2]电火花成形加工技术的研究现状和发展趋势[J]. 詹昭碾. 现代工业经济和信息化. 2019(06)
[3]傅里叶变换与小波分析[J]. 付小叶. 数学建模及其应用. 2016(02)
[4]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)
[5]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)
[6]电火花线切割加工中放电间隙状态的检测[J]. 伍俊,李明辉. 上海交通大学学报. 2001(07)
[7]电火花微孔加工自适应灰色控制[J]. 周明,贾振元,赵福令,胡建忠. 电加工与模具. 2001(03)
[8]电火花加工放电状态的检测及神经模糊控制[J]. 罗元丰,赵万生,狄士春. 高技术通讯. 2000(11)
[9]用于Micro-EDM放电状态分类的多传感器集成与信息融合系统[J]. 裴景玉,韩静,高长水,刘正埙. 数据采集与处理. 2000(03)
[10]基于混合智能的电火花加工电参数学习模型的研究[J]. 杨晓冬,赵万生,刘光壮,迟关心. 高技术通讯. 2000(05)
博士论文
[1]高效微细电火花加工若干关键技术研究[D]. 张玲瑄.大连理工大学 2012
[2]微小孔电火花加工过程控制系统的研究[D]. 蒋毅.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]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
[2]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
[3]智能型电火花线切割脉冲电源的研究与实现[D]. 葛红光.江南大学 2013
[4]电火花成形机床数控系统研究[D]. 阳吉勋.浙江工业大学 2009
[5]嵌入式实时操作系统RT-Thread的设计与实现[D]. 邱祎.电子科技大学 2007
[6]微细电火花放电状态智能检测方法及程序设计[D]. 井长胜.大连理工大学 2006
[7]回转式电火花展成加工控制技术的研究[D]. 梁小流.广东工业大学 2006
本文编号：2927114
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电火花加工原理
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-下五种放电状态，包括开路、偏开路、火花放电、偏短路、短路五种状态[7]。目前有传统检测法和智能检测法两种状态检测方法。传统检测方法通常依靠硬件电路实现，其中包括平均间隙电压检测法、峰值检测法、电流检测法、门槛电压检测法、多传感器融合法、高频与音频信号检测法、击穿延时法等[8][9]。（1）门槛电压检测法由于不同的放电状态下电压信号是十分明显的，而门槛电压检测法就是依据不同放电状态下，其电压波形的差异从而进行放电状态的识别[10]。如图1-2所示为门槛电压检测法的原理，首先采集的放电间隙的电压，然后经过电阻组成的高阻分压器后，最后根据逻辑电路达到判断放电状态的目的。很显然，通过设定两个阈值Vref1、Vref2，就可以将放电间隙的间隙状态分成短路、火花、开路三种状态，具体判定过程如下：①当极间电压V大于Vref1，判定为开路状态；②当极间电压V大于Vref2，小于Vref1，判定为火花状态；③当极间电压V小于Vref2，判定为短路状态；此种放电状态的优点是其原理和硬件电路简单，使用起来方便；缺点是门槛电压Vref1和Vref2的设定却比较复杂，需根据实际加工中的放电数据才能选择效果较好Vref1和Vref2，并且不能区分过渡电弧和稳定电唬如果想要进行区分，则需要测量更多的放电过程中的参数，这些参数都需要大量的实验才能够获得，不经增加了电路的成本，而且在实际使用时也增加了测量的难度。图1-2门槛电压检测法（2）浮动阈值检测法在点火花加工时，随着工件电极深入到工件内部，会导致排屑困难，而铁屑会改变击穿电压等电参数，所以事先设定的阈值已经不能准确描述此时的放电状态，阈值需要动态的调整和设定。其原理如图1-3所示，该检测装置主要
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-由采集部分、滤波电路和波形判断等部分构成。使用霍尔传感器采集的加工时的电流，由此电流而生成变化的浮动阈值电压Ude、Ues，再与放电间隙的电压Vfz做对比，将对比的结果送至判断模块得出极间放电状态。浮动阈值检测法具有是阈值可以任意调节、不易受外界影响和阈值调节精准优点，在电火花加工中放电状态的判断[11]有着优秀的表现。该原理首先由李明辉[12]等人提出，随后由山东大学的霍孟友等人[13]提出创新的浮动阈值检测法。图1-3浮动阈值检测法框图（3）多传感器融合技术检测法多传感器融合法的识别机制是根据用户自己创建的规则依靠多个传感器采集的数据进行组合，梳理其不同信息之间的冗余或互补的关系，从而得到被观测对象的特征描述。如图1-4所示，把多传感器融合法应用在放电状态识别上，具体做法是通过两个传感器分别采集放电间隙的峰值电压和电流信号，然后对多传感器采集的数据进行整合，最终按照给定的规则进行放电状态的判断[14]。多传感器融合法的优点是可以降低有畸形信号带来的错误判断，还能够是整个系统在低采样频率下工作，所以进一步降低对传感器的工作频率要求。其缺点是由于噪声的影响而导致不能根据单一的电压信号或电流信号判断放电状态。图1-4多传感器融合技术检测系统图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于极间通道阻抗变化的微细电火花放电状态检测方法[J]. 张勇斌,刘广民,荆奇,胡波. 机床与液压. 2019(14)
[2]电火花成形加工技术的研究现状和发展趋势[J]. 詹昭碾. 现代工业经济和信息化. 2019(06)
[3]傅里叶变换与小波分析[J]. 付小叶. 数学建模及其应用. 2016(02)
[4]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)
[5]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)
[6]电火花线切割加工中放电间隙状态的检测[J]. 伍俊,李明辉. 上海交通大学学报. 2001(07)
[7]电火花微孔加工自适应灰色控制[J]. 周明,贾振元,赵福令,胡建忠. 电加工与模具. 2001(03)
[8]电火花加工放电状态的检测及神经模糊控制[J]. 罗元丰,赵万生,狄士春. 高技术通讯. 2000(11)
[9]用于Micro-EDM放电状态分类的多传感器集成与信息融合系统[J]. 裴景玉,韩静,高长水,刘正埙. 数据采集与处理. 2000(03)
[10]基于混合智能的电火花加工电参数学习模型的研究[J]. 杨晓冬,赵万生,刘光壮,迟关心. 高技术通讯. 2000(05)
博士论文
[1]高效微细电火花加工若干关键技术研究[D]. 张玲瑄.大连理工大学 2012
[2]微小孔电火花加工过程控制系统的研究[D]. 蒋毅.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]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
[2]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
[3]智能型电火花线切割脉冲电源的研究与实现[D]. 葛红光.江南大学 2013
[4]电火花成形机床数控系统研究[D]. 阳吉勋.浙江工业大学 2009
[5]嵌入式实时操作系统RT-Thread的设计与实现[D]. 邱祎.电子科技大学 2007
[6]微细电火花放电状态智能检测方法及程序设计[D]. 井长胜.大连理工大学 2006
[7]回转式电火花展成加工控制技术的研究[D]. 梁小流.广东工业大学 2006
本文编号：2927114
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