微小孔电火花加工优化控制策略研究

发布时间：2017-09-12 04:30

  本文关键词：微小孔电火花加工优化控制策略研究

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【摘要】：电火花加工是一种依靠放电和热量蚀除金属的新型加工技术。在进行加工时,工件和电极之间存在一微小间隙,没有接触,无切削力,也无毛刺和刀痕沟纹等缺陷,因此能获得较高的表面质量。另外,由于其靠脉冲放电来蚀除金属,与传统机械刀具相比工具电极不仅可以多样,而且电极尺寸可以达到微米级,这使得其在微细加工领域应用广泛,使得微小孔加工的技术难题能够得到有效的解决。尽管电火花加工技术可以有效的解决微细零件的加工,但是由于其加工速度较慢,使得电火花加工效率较低。另外,由于其加工过程复杂,工艺参数较多,使控制过程较为复杂。当加工过程控制不当时,导致放电过程不稳定,产生拉弧或短路放电状态,进而使工件表面质量下降。本文首先分析了微小孔电火花加工工艺的相关参数进,旨在探究影响其加工表面质量和效率的主要参数,最终确定脉冲电源的脉冲宽度为影响电火花加工质量和效率的主要因素,并将其作为系统的控制量进行模糊控制,这不仅减少了控制过程中的参数变量,降低控制难度,而且脉冲宽度可以实现微量调节,从而提高控制系统的响应速度。本文设计了以极间电压变化和电压变化率为输入,脉冲宽度增量为输出的二维模糊控制器。通过模糊控制规则对脉冲宽度进行调节,使极间放电状态始终保持在火花放电状态,保证极间放电的稳定性。同时结合PID控制,设计模糊-PID双控系统,当增量变化较小时采用PID控制,达到较好的稳态性能；当增量变化较大时选择模糊控制,获得较好的动态性能。MATLAB具有强大的建模与仿真功能,其不仅可以对该系统进行仿真,而且可以对参数进行可视化的修改,能够方便、快速地对参数进行调整。另外,MATLAB能够迅速的执行控制系统中的模糊逻辑运算,可以有效的提高程序运行速度。通过MATLAB建模仿真分析表明,模糊-PID双重控制算法明显优于传统的单一的控制方法,使控制系统的波动性较小,能够快速恢复平衡状态,保证控制系统的稳定性。这不仅有助于保证加工过程可以持续稳定地进行,提高加工效率,而且稳定的加工过程对提高表面质量也有一定的保障。
【关键词】：电火花加工 表面质量 加工效率 模糊-PID MATLAB仿真
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG661
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-18
• 1.1 微细电火花加工的概述7-15
• 1.1.1 微细电火花加工的产生、发展7-9
• 1.1.2 微细电火花加工的原理、特点9-12
• 1.1.3 微小孔电火花加工的关键技术12-15
• 1.2 微小孔电火花加工国内、国外研究现状15-16
• 1.3 课题研究的目的及意义16-17
• 1.4 课题研究的主要内容17-18
• 第二章 电火花加工的工艺参数分析18-27
• 2.1 常用电火花加工术语18-19
• 2.2 影响电火花加工质量的主要因素19-22
• 2.2.1 影响表面粗糙度的因素20-22
• 2.2.2 影响微观裂纹以及其他缺陷的因素22
• 2.3 影响电火花加工速度的主要因素22-24
• 2.3.1 电参数对加工速度的影响23
• 2.3.2 非电参数对加工速度的影响23-24
• 2.4 电火花加工工艺参数的选择24-26
• 2.4.1 电参数选择的原则25
• 2.4.2 微小孔电火花加工电参数的确定25-26
• 2.5 小结26-27
• 第三章 微小孔电火花加工系统中放电状态检测方案的确定27-33
• 3.1 微小孔电火花加工的放电特征27-29
• 3.2 微小孔电火花加工放电状态检测方案论述29-31
• 3.3 微小孔电火花加工检测算法的设计31-32
• 3.3.1 设计思想31
• 3.3.2 判别规则31-32
• 3.4 小结32-33
• 第四章 模糊控制和PID控制理论33-41
• 4.1 模糊控制技术原理33-38
• 4.1.1 模糊控制概述33-34
• 4.1.2 模糊控制系统34
• 4.1.3 模糊控制器34-38
• 4.2 PID控制理论38-40
• 4.2.1 PID控制概述38
• 4.2.2 控制系统的性能指标38-40
• 4.2.3 PID各参数对系统的影响40
• 4.3 小结40-41
• 第五章 电火花加工控制系统设计41-51
• 5.1 微细电火花加工控制系统分析41-42
• 5.2 控制方案的设计42
• 5.3 模糊控制器的设计42-50
• 5.3.1 输入输出量的选取43
• 5.3.2 语言变量的确定43-44
• 5.3.3 隶属度函数的确定44-45
• 5.3.4 模糊控制规则45-50
• 5.3.5 模糊量的精确化50
• 5.4 小结50-51
• 第六章 微小孔电火花加工控制系统的仿真51-58
• 6.1 Simulink仿真概述51
• 6.2 模糊控制器的编辑51-54
• 6.3 Simulink模型的建立54-57
• 6.4 小结57-58
• 第七章 总结与展望58-60
• 7.1 本文总结58-59
• 7.2 研究展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 作者简介65
• 攻读硕士学位期间研究成果65-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：835119