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，更具体设及一种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。在有效加工阶段，其线性特 性例如均值、方差或能量谱等均在一个很小的范围内波动；如果加工过程中冲油或排屑状 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 能量参数，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放电参数，避免加工进入有害加工阶段，其中抬刀周期是能量参 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，W保证电火花加工处于有效加工阶段。
[000引（二）技术方案
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电火花加工自适应控制系统，所述系 统包括：
[000引放电状态判别模块，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，并将所述放电状态转递给参数估计单元W及反馈给控制模块；
[0009] 参数估计模块，用于根据所述放电状态判别模块提供的所述放电状态W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模 块；
[0010] 参数计算模块，用于根据所述过程参数计算得到多个控制参数，并将所述控制参 数传递给所述控制模块；
[0011] 控制模块，用于利用所述控制参数和所述放电状态，根据控制模型计算得到控制 信号，并利用所述控制信号确定抬刀周期。
[0012] 优选地，所述放电状态判别模块包括放电状态识别单元和放电状态判别单元，其 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W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W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。
[0013] 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。
[0014] 优选地，所述参数估计模块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：
[001引 巧=k…靖。卸…的听…G化4…馬df
[0016] 式中，al. ? *ana、bl. ? .bnb、cl. ? .CneW 及 dl. ? .dnd 为所述过程参数， 0为表示所述过程参数的集合，n。、rib、n。、rid表示过程参数的个数。
[0017] 优选地，所述参数计算模块利用下面公式计算所述多个控制参数：
[0027]式中，A(q)、B(q)、C(q)、Am(q)、Bm(q)为所述多个控制参数，q为前向移位算子， al ? ? ?日…、bl ? ? ? bnb、cl ? ? ? Cnc W及 dl ? ? ? d nd均为所述过程参数，am 1 ? ? ? am釀、 bmi ? ? ? bnum为预定参数。
[0028] 优选地，所述控制模型为：
[0029]
[0030] 式中，4(9)、8(9)、"9)、4。山)、8。山）为所述多个控制参数，11。为预定状态，9为前 向移位算子，y(t)为所述放电状态，u(t)为所述控制信号。q为前向移位算子，例如：y(t+l) =qy (t)o
[0031] 优选地，抬刀周期利用如下公式计算：
[0032] T = u/k
[0033] 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。由于计算出 的控制信号U的幅值非常大，而电火花加工机床中抬刀周期T的范围固定为0-40,为了将U 配置在T的范围内，使其除W-个系数k。并且，此举等于在控制系统中乘了一个能增 大系统的相位裕量，即增加系统稳定性。k的取值为变量，当本次计算出的U与上次计算出 的T的差值绝对值小于6时，令k = 1 ;若差值绝对值大于6,则A = + l >其中Dy表 示本周期最后一个放电状态y (即计算此抬刀周期利用的所述放电状态），与上个周期最后 一个放电状态y'(即计算上一个抬刀周期利用的所述放电状态）的差值绝对值，即Dy = I y-y' I〇
[0034] 优选地，所述系统还包括通讯模块，其与所述控制模块、被控对象连接W及放电状 态判别模块连接；
[0035] 所述放电状态判别模块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，并在所述抬刀状态数目大于抬刀预定值时，生成并发送有 效抬刀信号给所述通讯模块；并且在所述有效抬刀信号生成时，所述放电状态判别模块将 其最后一次得到的所述放电状态传递给所述控制模块；所述通讯模块在接受到所述有效抬 刀信号后，将所述控制模块最新计算得到的所述抬刀周期传递给被控对象。
[0036] 有效抬刀信号生成后，将最后一次得到的放电状态y传递给控制模块，控制模块 利用y进行计算，得到控制信号U，然后得到T。与此同时在放电状态判别模块中，每一次得 到有效抬刀信号，计数器No都会+1，只有No = 1时，通讯模块将所述控制模块最新计算得 到的所述抬刀周期传递给被控对象，随着No继续增长，不再继续传递T。优选地，可W当检 测到有效抬到信号后No开始计数，当检测到其他任何放电状态时，No清零。利用上述系统 进行电火花加工自适应控制的方法，所述方法包括W下步骤：
[0037] 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；
[003引 S2、在线识别过程参数；
[0039] S3、根据所述过程参数计算得到多个控制参数；
[0040] S4、利用所述控制参数和所述放电状态，根据控制模型计算得到控制信号，并利用 所述控制信号确定抬刀周期。
[0041] 优选地，所述步骤S3中利用下面公式计算所述多个控制参数：
[004引A (q) = Ai (q)化（q)
[004引B (q) = Bi (q) Di (q)
[0044]C(q) = Ci(q)Ai(q)
[0051] 式中，A(q)、B(q)、C(q)、Am(q)、Bm(q)为所述多个控制参数，q为前向移位算子， al ? ? ? ana'bl ? ? ? bnb'cl ? ? ? CncW及 dl ? ? ? dnd均为所述过程参数，；
[0052] 所述步骤S4中控制模型为：
[0053]
[0054] 式中，A(q)、B(q)、C(q)、Am(q)、Bm(q)为所述多个控制参数，U。为预定状态，q为前 向移位算子，y(t)为所述放电状态，u(t)为所述控制信号；
[00巧]所述步骤S4中的佐助抬刀周期利用如下公式计算：
[0056] T = u/k
[0