[发明专利]基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法

说明书

一种基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法，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；微位移控制和进给模糊控制构成双闭环模糊控制体系，内环为微位移模糊控制部分，外环为进给模糊控制部分；控制方法包括进给模糊控制过程和微位移模糊控制器。本技术方案采用宏/微两级运动控制方法实现对微细电化学加工系统中的运动控制，其中伺服电机实现加工的大行程宏运动，压电致动器实现加工的微量进给位移与精密定位。

技术领域

本技术方案属于控制技术在电化学技术领域中的应用，具体是一种基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法。

背景技术

电化学加工通过电化学反应实现材料去除，无切削力与热影响区，在薄壁、热敏感结构的加工领域具有独特的优势；同时，加工过程中，材料以离子方式去除，从原理上讲，电化学加工应用于微细制造，具备天然的优势和良好的发展潜力。20世纪90年代，德国马普研究所通过纳秒级超窄脉宽脉冲电流实现微米级微细结构以来，微细电化学加工得到全球范围内大量研究机构的广泛关注，针对加工工艺、加工材料、三维微细结构、加工控制策略、方法等展开了系统深入的工作，得到了大量的开创性成果，是微细加工最为活跃的一个重要研究领域。

定域性、间隙控制是微细电化学加工的关键技术，直接决定微细加工的稳定性、加工质量以及加工能否持续进行，也是困扰传统电化学加工的一个难题。长期以来，相关研究人员针对传统电化学成型，提出了材料去除速度的估算公式、电极震颤、加强冲液等方法，以达到加工间隙及加工状态建模，实现加工间隙估算、消除加工间隙短路状态等目的，以期得到相对稳定的加工间隙与加工状态。然而，现有措施的效果并不十分理想，定域性、加工间隙的精确、乃至定量控制仍然是困扰当前电化学加工的一个瓶颈问题，引起的后果是电化学加工可控性差，加工精度不能与其离子去除的原理相匹配。

相较于传统电化学加工，微细电化学加工的间隙更小，要求达到微米量级乃至数个微米，加工条件更为严苛；同时，加工过程在工作液中完成，难以设置传感器及传感电路，现实中也没有相关的专用传感装置或传感设备；正因为如此，加工间隙检测、间隙状态监控以及间隙的断/短路状态监控成为微细电化学加工的重要研究内容。

发明内容

基于现有技术中的上述技术问题及研究现状，本技术方案针对微细电化学的加工间隙控制、加工状态监控以及间隙内的断/短路检测等问题，研究面向电化学微细加工的在线控制方法及其实现系统。

本技术方案采用宏/微两级运动控制方法实现对微细电化学加工系统中的运动控制，其中伺服电机实现加工的大行程宏运动，压电致动器实现加工的微量进给位移与精密定位；

本技术方案中，分析压电致动器的静、动态特性并进行实验建模；通过短路时间估测加工间隙，完成间隙的实验建模；在此基础上，分别设计位移模糊控制器与进给速度模糊控制器，实现压电致动器的输出位移控制与微细加工的进给控制，构建微细电化学模糊控制系统。

在实现时候，控制系统以短路时间倒数作为控制参数，使工具进给速度匹配工件蚀除速度，实现恒间隙加工。

基于上述思路原理，本技术方案设计并实现相关算法及系统软硬件，实现一种基于模糊控制方法的双闭环微细电化学加工在线控制系统。

一种基于短路时间的微细电化学加工模糊控制方法，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；控制系统的控制结构模型如图4所示，实际控制结构模型如图10所示，控制方法为：