[发明专利]基于区间二型模糊逻辑的微细电火花两阶模糊控制方法

说明书

技术领域

本发明属于微细电火花加工技术领域，涉及一种对微细电火花加工放电状态的检测和控制方法。

背景技术

微细电火花加工具有放电能量微、脉冲电源频率高、放电间隙小、波形畸变严重及噪声干扰大等复杂特性，使得加工过程极为不稳定，加工放电状态难于准确检测和控制，并且随着加工深度的不断增大，放电碎屑排出更加困难，加工环境愈发恶化，致使加工效率低下。因此，实现加工放电状态的准确检测和加工过程的实时有效控制，从而保证加工始终处于最佳放电状态是提高微细电火花加工效率和稳定性的根本途径。

常规电火花加工的控制方法常采用平均电压法，该方法将采集到的放电间隙电压的平均值与设定的伺服参考电压进行比较，当火花放电时，伺服机构保持不动；当间隙开路时，伺服机构进行小位移进给；而当间隙短路时，伺服机构则大位移回退。平均电压法的不足之处是控制规则偏于简单化、加工经验在控制策略中融合不足以及判断依据和调节量单一化，但由于常规电火花加工放电状态变化缓慢且平稳，利用平均电压控制法可以得到较好的控制效果。然而对于微细电火花加工，其脉宽通常很窄，放电能量十分微弱，间隙平均电压幅值较低，并且加工过程干扰严重，采集的电压信号中噪声比率较大，因此平均电压法已不适用于微细电火花加工。

近年来，模糊逻辑被证明是一种较为有效的控制方法，目前已成功用于微细电火花的放电状态检测和加工控制中，在某些加工条件下提高了加工效率并降低了电极损耗。模糊控制系统的设计不要求给出被控对象的精确数学模型，只需要提供操作人员的经验知识及操作数据，即可以模仿人的思维过程进行“不精确推理”，由于介入了人类的经验，因而能够处理微细电火花加工等复杂甚至“病态”系统，在微细电火花加工领域应用十分广泛。然而，模糊控制系统的建立包含如下诸多不确定性因素：(1)不同人员对同一模糊语言变量的理解不同，造成模糊空间难以统一划分；(2)受人为经验局限，输入输出隶属度函数的建立具有不确定性；(3)采集的数据中噪声干扰严重；(4)用以优化模糊控制系统各参数的样本数据也不准确。因此，传统的模糊控制系统本身就具有不确定性，并且其信息处理方法简单，当加工环境恶化时会导致系统动态性能变差，因而仍不能保证微细电火花加工过程的高效性和稳定性。

专利号为ZL200410050760.X的《微细电火花加工间隙放电状态的检测方法》结合系统辨识和模糊逻辑理论提出了微细电火花加工间隙放电状态检测方法，该方法能较好适应微细电火花高频、微能的加工条件，但主要存在采样点放电状态模糊逻辑规则的设计过于依赖人工经验、不确定性大，以及放电状态分类方法耗时且较为粗略，易导致有效信息丢失等缺点。专利公告号为CN101362235的《一种电火花微小孔加工控制方法》结合前提隶属度和适合度确定加工控制策略，提供了一种基于模糊逻辑的微细电火花加工控制方法，该方法运算量小、运算周期短，但主要存在模糊系统设计缺少解模糊环节、输出电机速度模块化致使速度选择不灵活等缺点，此外其隶属度函数的建立仍主要依靠人工经验，亦不能很好的解决模糊控制的不确定性问题。

发明内容

本发明的目的是针对复杂非线性和多因素时变的微细电火花加工系统难以进行实时、准确、高效控制的技术难题，克服平均电压法在加工控制中过于简单化、加工经验在控制策略中融合不足和调节量单一化等缺点，解决传统模糊控制系统本身包含较大不确定性，易导致加工过程不稳定、加工效率低等亟待突破的难点问题，提出一种基于区间二型模糊逻辑的微细电火花加工两阶模糊控制方法，将传统的模糊集合扩展为二型模糊集合，以提高系统处理不确定性的能力；同时还提出了微细电火花加工分析周期内放电状态的准确分类及统计方法，以实现对微细电火花加工控制的精确控制，从而提高加工效率和加工系统的稳定性。

本发明所采用的技术方案是：一种基于区间二型模糊逻辑的微细电火花两阶模糊控制方法，其特征在于，将传统一型模糊系统扩展为二型模糊系统，并建立两阶模糊控制器，第一阶模糊控制系统用来准确判别采样点的放电状态，第二阶模糊控制系统用来输出电机的进给速度；首先将加工过程中实时采集到的间隙电压和间隙电流作为第一阶模糊控制系统的输入，经过区间二型模糊逻辑的模糊化和规则表进行推理，得到包含四种放电状态概率的采样点放电状态矢量；通过对一个分析周期内的所有放电状态矢量进行统计，得到该分析周期内各放电状态的比率，并将其作为第二阶模糊系统的输入；再经过完整的区间二型模糊系统，最终输出电机的运动速度；将该速度乘以速度系数，即可得到微细电极的进给速度，基于区间二型模糊逻辑的微细电火花加工两阶模糊控制方法具体步骤如下：