超前两步预测的电火花加工自适应控制系统及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电加工领域，更具体涉及一种超前两步预测的电火花加工自适应控制 系统及方法。
【背景技术】
[0002] 电火花加工是利用浸在工作液中的电极用电源产生的放电脉冲进行电蚀，蚀除导 电材料的一种加工方法。电火花加工过程是一个弱稳态过程。如果加工过程中冲油或排肩 状况恶劣的情况下，会出现有害加工。有害加工的出现，使系统进入不稳定状态，放电状态 变化剧烈，会烧伤加工工件的表面、影响加工效率。
[0003] 为了避免有害加工的出现，有效的方法是通过改变加工过程中的伺服运动参数或 电参数，在不影响加工精度的前提下，使加工从有害加工阶段重新回到有效加工阶段，或提 前改变伺服运动参数或电参数，避免加工进入有害加工阶段，其中抬刀周期是电参数的一 种，其对电火花加工的精度起到一定的影响。
【发明内容】
[0004] (一）要解决的技术问题
[0005] 本发明要解决的技术问题是如何在电火花加工过程中实时监测加工状况，并根据 加工状况对抬刀周期作出调整，以保证电火花加工处于有效加工阶段。
[0006] (二）技术方案
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超前两步预测的电火花加工自适应控 制系统，所述系统包括：
[0008] 参数估计器，用于根据电火花加工过程中的间隙电压和间隙电流进行实时判断， 得到放电状态，并将所述放电状态传传递给控制模块；所述参数估计器还用于根据所述放 电状态以及控制模块提供的控制信号在线识别过程参数，并将识别得到的所述过程参数传 递给参数计算器；
[0009] 参数计算器，用于根据所述过程参数计算得到多个控制方程多项式，并将多个所 述控制方程多项式传递给所述控制器；
[0010] 控制器，用于根据所述多个控制方程多项式和所述放电状态，根据极点配置得到 控制信号，并利用所述控制信号确定抬刀周期；
[0011] 被控对象，用于根据所述抬刀周期进行调整；
[0012] 其中，电火花加工过程实变模型：
[0014] 所述参数计算器利用下面公式计算所述多个控制方程多项式：
[0015] A(q) =A1(Q)D1Cq)
[0016] B(q) =B1(q)D1(q)
[0026] 式中，A(q)、B(q)、C(q)、Ani (q)、Bni (q)、R、S、T为所述多个控制方程多项式；q为前 向移位算子；d= 2为超前两步；B+表示B(q)中的稳定可约分部分；B表示B(q)中的不稳 定不可约分部分；1?1=1?/8+;&1...& 11!1、131...13111)、。1...。":以及(11...(1 11(1均为 所述过程参；am" ? ^amnaPbm1* ? ^bmnbm为参考模型参数，e(t)为随机干扰信号。
[0027] 优选地，所述参数估计器利用递归最小二乘法估计所述过程参数，并且所述过程 参数为：
[0028] B=Ia1- --a,^-^4 '4,F
[0029] 式中，al? ? ?ana、bl? ? ?bnb、cl? ? ?Cnc以及dl? ? ?dnd为所述过程参数， 0为表示所述过程参数的集合，na、nb、n。、^表示过程参数的个数。
[0030] 优选地，计算所述控制信号：
[0031] Ru(t) =Tuc-Sy(t)
[0033] 式中，R、S、T为根据极点配置和超前两步预测计算出的多个控制方程多项式，u。为 参考模型状态，y(t)为所述放电状态，u(t)为所述控制信号。
[0034] 优选地，所述抬刀周期利用如下公式计算：
[0035] T=u/k
[0036] 式中，T为所述抬刀周期，U为所述控制信号，k为抬刀周期控制系数。
[0037] 优选地，所述参数估计器包括放电状态识别单元和放电状态判别单元；所述放电 状态识别单元根据所述间隙电压和间隙电流识别得到有害放电状态、有效放电状态以及放 电延迟状态，并传递给所述放电状态判别单元；所述放电状态判别单元计算所述有害放电 状态的数目与所述有害放电状态、有效放电状态以及放电延迟状态的数目的和的比值，并 将得到的比值作为所述放电状态。
[0038] 优选地，有效放电状态包括火花放电状态和瞬态拉弧状态，所述有害放电状态包 括稳态拉弧状态和短路状态。
[0039] 优选地，所述系统还包括通讯模块，其与所述控制器、被控对象以及参数估计器连 接；
[0040] 所述参数估计器还包括抬刀状态判断单元，其根据所述间隙电压和间隙电流进行 实时判断，得到抬刀状态，生成并发送有效抬刀信号给所述通讯模块；所述通讯模块在接 收到所述有效抬刀信号后，将所述控制器最新计算得到的所述抬刀周期传递给所述被控对 象。
[0041] 根据上述系统进行超前预测的电火花加工自适应控制的方法，包括以下步骤：
[0042] S1、根据电火花加工过程中的间隙电压和间隙电流进行实时判断，得到放电状 态；
[0043] S2、在线识别过程参数；
[0044] S3、根据所述过程参数计算得到多个控制方程多项式；
[0045] S4、根据所述多个控制方程多项式和所述放电状态，利用极点配置方法计算得到 控制信号，并利用所述控制信号确定抬刀周期；
[0046] 其中，电火花加工过程实变模型：
[0048] 利用下面公式计算所述多个控制方程多项式：
[0049] A(Q)=A1(Q)D1 (q)
[0050] B(q) =B1 (q)D1 (q)
[0051] C(q) =C1(Q)A1(Q)
[0060] 式中，A(q)、B(q)、C(q)、Ani (q)、Bni (q)、R、S、T为所述多个控制方程多项式；q为前 向移位算子；d= 2为超前两步；B+表示B(q)中的稳定可约分部分；B表示B(q)中的不稳 定不可约分部分；1?1=1?/8+;&1...& 11!1、131...13111)、。1...。":以及(11...(1 11(1均为 所述过程参数；am" ? ^amnaPbm1* ? ^bmnbm为参考模型参数，e(t)为随机干扰信号。
[0061] 优选地，计算所述控制信号：
[0062] Ru(t) =Tuc-Sy(t)
[0064] 式中，R、S、T为所述多个控制方程多项式，u。为参考模型状态，y(t)为所述放电状 态，u(t)为所述控制信号；
[0065] 所述步骤S4中的抬刀周期利用如下公式计算：
[0066] T=u/k
[0067] 式中，T为所述抬刀周期，U为所述控制信号，k为抬刀周期控制系数。
[0068] 优选地，所述方法还包括确定有效抬刀状态步骤：
[0069] 根据所述间隙电压和间隙电流进行实时判断，得到抬刀状态，并在所述抬刀状态 数目大于抬刀参考模型值时，生成有效抬刀信号；
[0070] 在所述有效抬刀信号生成时，将最新计算得到的所述抬刀周期传递给所述被控对 象。
[0071] (三）有益效果
[0072] 本发明提供了一种超前两步预测的电火花加工自适应控制系统及方法，本发明通 过对过程参数的在线识别，并利用在线识别的过程参数，根据本发明的控制模型以及当前 的放电状态得到控制信号，实现对抬刀周期的实时调节，能够使加工维持在有效加工阶段， 极大加强了系统的稳定性，并提高了加工效率。
【附图说明】
[0073] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0074] 图1为本发明的一个较佳实施例的超前两步预测的电火花加工自适应控制系统 的结构示意图；
[0075] 图2为本发明的另一个较佳实施例的超前两步预测的电火花加工自适应控制系 统的结构示意图；
[0076] 图3为本发明的一个较佳实施例的放电状态判断流程图；
[0077] 图4为本发明的一个较佳实施例的超前两步预测的电火花加工自适应控制方法 流程图；
[0078] 图5a为利用传统方法进行电火花加工的放电状态示意图；
[0079] 图5b为利用本发明的系统或方法进行电火花加工的放电状态和抬刀周期的示意 图；
[0080] 图5c为利用传统方法进行电火花加工与利用本发明的系统或方法进行电火花加 工的放电状态和抬刀周期的对比示意图；
[0081] 图6a为图5b中1部分的放大示意图；
[0082] 图6b为图5b