[发明专利]基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法

权利要求书

1.一种基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法，其特征是采用压电致动器作为工具的微动机构，以压电致动器为被控对象，对压电致动器的进给动作进行控制，这个控制包括进给模糊控制过程和微位移模糊控制过程；微位移模糊控制和进给模糊控制构成双闭环模糊控制系统，内环为微位移模糊控制部分，外环为进给模糊控制部分；控制方法为：

设：短路时间倒数1/t_s设定值R(s)，短路时间倒数1/t_s的实际输出C(s)，短路时间倒数1/t_s的偏差E，短路时间倒数1/t_s的偏差变化ΔE，微位移设定值为R′(s)，微位移实际输出量为C′(s)，微位移偏差E′，微位移偏差变化ΔE′；

a、进给模糊控制过程：

R(s)和C(s)的差值经使能控制环节处理后，得到E以及ΔE作为进给模糊控制器的输入；

进给模糊控制器输出进给速度变化率；由进给速度变化率依次积分得到进给速度和进给位移调节量；进给位移调节量与初始进给量的和值，与短路回退环节得到的回退值之差即为微位移设定值R′(s)；R′(s)作为微位移模糊控制环节的输入；

短路使能EN环节的输入为极间间隙，输出为短路使能信号；由实际的工具阴极的进给速度和工件阳极的蚀除速度得到C(s)；进给速度由微位移模糊控制过程的实际输出量C′(s)微分处理得到；进给速度和蚀除速度的速度差值再与初始的极间间隙之和，再与短路回退环节得到的回退值之和，作为极间间隙；

b、微位移模糊控制过程：

R′(s)经前馈控制环节后得到前馈控制量；

R′(s)和C′(s)的差值为E′，差值变化为ΔE′；E′和ΔE′作为微位移模糊控制器的输入；微位移模糊控制器的输出为PID控制环节的参数修正量ΔK_P和ΔK_I；ΔE′输入PID控制环节得到模糊PID控制输出量；

前馈控制量和模糊PID控制输出量之和得到驱动压电致动器的驱动电压量，压电致动器经驱动执行动作，并得到C′(s)。

2.根据权利要求1所述的基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法，其特征是所述使能控制环节是一个带使能端的比例环节；

正常加工时，极间间隙大于零，比例系数为0；

加工短路时，极间间隙为零，比例系数为1，正常采集短路时间倒数1/ts的偏差E与偏差变化ΔE，完成系统控制。

3.根据权利要求1所述的基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法，其特征是所述回退值是由短路回退环节实现；短路回退环节对加工短路进行处理；加工短路，则短路回退环节输出一个极间间隙的回退值；正常工作时，短路回退环节输出值是0。

4.根据权利要求1所述的基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法，其特征是正常进给时：无短路状况发生，极间间隙＞0，短路使能EN环节输出0值，使能控制环节的输出比例系数为0，E与ΔE均取0值，进给模糊控制器的输出进给速度变化率为0；短路回退环节输出0值，进给速度保持不变；

发生极间短路时：极间间隙为0，短路使能EN环节输出1值，使能控制环节的输出比例系数取值为1；采集E与ΔE，进给模糊控制器输出进给速度变化率经2次积分得到进给位移调节量；同时，短路回退环节输出一个间隙值的回退值，结合初始进给量与进给位移调节量，得到微位移实际输出量C′(s)对应的驱动电压，实现进给；

对微位移模糊控制器的输出位移执行一次微分运算，得到当前的实际进给速度；将实际进给速度与蚀除速度送入短路时间模型，计算当前短路时间倒数1/t_s；将其与短路时间倒数1/t_s设定值比较，实现进给速度的闭环控制。

5.根据权利要求1所述的基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法，其特征是加工的极间间隙通过蚀除速度与进给速度求取，对二者的偏差执行一次积分，得到加工的极间间隙的变化量，结合初始的极间间隙与短路回退环节输出的回退值，即得加工的极间间隙值。

6.根据权利要求1所述的基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法，其特征是由实际的工具阴极的进给速度和工件阳极的蚀除速度得到C(s)的过程由短路时间模型环节实现；

短路时间模型是根据电化学加工的双电层电容模型理论得到，短路时间t_s与工具阴极的进给速度v、工件阳极的蚀除速度V_c三者之间的逻辑关系满足：

式中，A＝kωU_R，

k为溶液的电导率，

ω为电化学当量，

U_R为电极两端的压降，

c为加工环境参数，短时间内可视作常量，

s₀为初始的加工间隙；

上式中，短路时间无穷大对应的工具阴极的进给速度为理想加工进给速度。