[发明专利]一种基于生物启发法优化PID的WEDM电极丝张力控制方法

说明书

本发明公开了一种基于生物启发法优化PID的WEDM电极丝张力控制方法，采用改进的生物启发法来实现对PID参数的优化，减少了PID控制参数调节的繁复工作，提高了对张力控制的效果和系统安全性，解决了全局搜索能力差、容易受参数影响等问题，同时生物启发法中的目标函数既考虑到系统中的误差绝对值，也考虑阶跃响应中的系统性能，从而得到的最优PID控制参数可使系统的超调量、稳态误差更小，调节时间更短，上升时间快。

技术领域

本发明涉及一种张力控制方法，尤其涉及一种基于生物启发法优化PID的WEDM电极丝张力控制方法。

背景技术

慢走电火花线切割(WEDM)加工是在传统电火花加工的基础上改造而成的一种新型特种加工方式，不仅具有传统电火花加工的优点(如加工材料不受硬度限制)，而且具有自身的特点(如能加工形貌复杂的工件)，广泛应用于高端制造领域(如模具汽车、航空航天等)。电火花线切割与传统电火花加工的根本区别为移动电极丝取代了传统固体电极，使得电火花线切割具有更快的加工速度和加工精度。电极丝在上下丝嘴之间移动过程中，在放电通道内受到横向力而形成弯曲变形和振动；与此同时，电极丝的张力处于无控制或开环控制状态，使得电极丝张力容易发生较大的波动，从而降低加工效率和加工精度。

为了克服传统电火花线切割电极丝张力难以控制的问题，设计智能PID控制器来控制电极丝的张力。现有技术《基于智能PID算法的WEDM电极丝恒张力控制》中采用模拟退火与PID结合的智能控制实现压力控制，但此种智能控制算法全局搜索能力差，容易受参数的影响，不能保证一次就收敛到最优值，一般需要多次尝试才能获得，大部分情况下还是会陷入局部最优值。

发明内容

为了解决现有技术中电极丝张力智能PID控制中存在的全局搜索能力差、容易受参数影响等的问题，本发明的目的在于，提出一种基于生物启发法优化PID的WEDM电极丝张力控制方法，通过改进的PID算法，得到一组最优的PID控制参数，从而能更好的实现对张力的实时在线控制，可达到调整时间短、稳态精度高、稳态误差小、超调量小等优点。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于生物启发法优化PID的WEDM电极丝张力控制方法，包括以下步骤：

步骤1：根据慢速走丝电火花线切割的走丝系统中双电机速度差控制电极丝张力的传递函数，通过仿真计算过程的阶跃响应曲线，采用ZN工程整定法求得该PID控制器初始参数，包括K_p0、K_i0、K_d0；

步骤2：采用生物启发法优化PID控制器参数：K_P、K_I和K_D：

将PID控制器参数作为该生物启发法中解S的参数，通过生物启发法优化PID控制器参数，通过如下步骤实现：

步骤2.1、设置该生物启发法参数，并生成初始种群：其中生物启发法参数包括：设置种群大小p、迭代最大次数N，将步骤1中的PID初始参数设置为初始解S₀、设置最优解S_best、最差解S_worst；

J(S_i)＝μ·ITAE_i+M_i

步骤2.2：设置如下式的目标函数：M_i＝e³E_ssi+(1-e³)(t_si-t_ri)，其中e为实际张力