电火花加工脉冲电源智能控制器的研究

论文摘要

电火花加工技术在机械制造业中占有十分重要的地位,在很多情况下(如高硬度、高韧性、高脆性、高弹性材料的零件)是唯一有效的加工手段,可以实现常规加工不可能实现或需花费昂贵代价才能实现的加工。随着机械制造业的发展,人们对电火花加工技术的加工效率和加工质量提出了更高的要求。神经网络模糊技术的发展和其独特的控制特性,为电火花加工技术的发展带来了契机。本文深入的研究了现有脉冲电源拓扑结构的优缺点,结合前人的研究成果,提出了一种改进的电流型节能电火花加工脉冲电源的拓扑结构。该电源不仅解决了传统电源电流爬升慢、拖尾长的问题,而且仅需一套直流电源,电能利用率更高、投资更少。然后使用Matlab/Simulink,将本文设计的电源与哈尔滨工业大学设计的PWM控制节能式电火花加工脉冲电源进行了性能对比,从而验证了该电源拓扑结构设计的可行性。针对目前电火花加工过程控制难以建立起精确数学模型的特点,分析实验数据,研究了在线参数对工艺指标的影响,确定采用以电火花加工过程中统计的一段时间内的空载率、正常放电率、不正常放电率(包括电弧及短路放电)、相对于脉冲周期和抬刀周期的正常放电率为输入,在线参数调节量为输出的模糊RBF(radial basis function)神经网络控制器对在线参数进行实时控制,以达到提高电火花加工过程稳定性的目的。利用模糊控制的解耦性,将五输入三输出的控制器解耦为三个多输入单输出的模糊RBF神经网络控制器,简化了设计过程。以电火花加工伺服参考电压模糊RBF神经网络控制器为例,在Simulink仿真试验的基础上,完成了该智能控制器的软硬件设计,该控制器采用双MPU结构,双机间通过双口RAM IDT7007来进行通讯。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 电火花加工概述
• 1.2.1 电火花加工机理分析
• 1.2.2 电火花加工的基本原理和条件
• 1.3 电火花加工脉冲电源研究现状
• 1.3.1 国内节能脉冲电源的研究
• 1.3.2 国外节能脉冲电源的研究
• 1.4 脉冲电源智能控制器的研究现状
• 1.5 本文主要工作
• 第二章 电火花加工脉冲电源拓扑结构的研究
• 2.1 电流型节能式脉冲电源工作原理
• 2.1.1 电流型节能脉冲电源的主电路
• 2.1.2 脉冲电源的工作原理及模态分析
• 2.1.3 电流型电火花加工脉冲电源的电能利用率分析
• 2.2 电流型PWM 控制节能式脉冲电源控制策略
• 2.3 脉冲电源的参数计算
• 2.3.1 电感值的计算
• 2.3.2 电容值的计算
• 2.4 电流型节能脉冲电源的仿真研究
• 2.4.1 电流型节能脉冲电源仿真
• 2.4.2 仿真结论分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 电火花加工脉冲电源控制方案的选择
• 3.1 模糊控制
• 3.1.1 模糊控制系统
• 3.1.2 模糊控制器
• 3.2 神经网络模糊控制
• 3.2.1 电火花加工过程控制方案的选择
• 3.2.2 神经网络模糊控制
• 3.3 本章小结
• 第四章 电火花模糊RBF 神经控制器设计
• 4.1 电火花加工系统分析
• 4.1.1 电火花加工控制系统的输入参数选取
• 4.1.2 电火花加工控制系统输出参数的选取
• 4.1.3 电火花加工控制系统输出参数对放电状态的影响试验
• 4.2 电火花加工神经网络模糊控制系统的结构解耦
• 4.3 电火花加工系统神经网络模糊控制器的设计
• 4.3.1 输入输出量的模糊化
• 4.3.2 神经网络结构的选择
• 4.3.3 神经网络实现模糊控制规则
• 4.3.4 神经网络模糊控制器输出的反模糊化
• 4.4 神经网络模糊控制器的Matlab 仿真
• 4.4.1 仿真结果与分析
• 4.4.2 模糊RBF 神经网络控制与传统PID 控制的比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 电火花加工智能控制器的软硬件设计
• 5.1 硬件设计
• 5.1.1 系统总体构架
• 5.1.2 放电检测卡
• 5.1.3 单片机模块
• 5.1.4 DSP 模块
• 5.1.5 双机通讯模块
• 5.1.6 伺服系统控制
• 5.2 软件设计
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢