[发明专利]多元指数加权移动平均控制器设计方法

摘要

本发明公开了一种多元指数加权移动平均控制器设计方法，用于解决现有方法设计的AVEWMA控制器噪声大的技术问题。技术方案是首先建立产品加工过程质量波动模型，其次采用小波实时降噪方法对质量波动数据进行处理，基于滤波状态设计出WRD-MEWMA控制器。由于设计方法综合考虑加工过程中各种误差源输入项，采用贝叶斯状态空间的方法建立加过程的质量波动模型，基于此模型采用小波实时滤波的方法对测量数据中的噪声信息进行处理，得到更加准确的过程测量数据，基于此数据设计出WRD-MEWMA控制器。与背景技术MEWMA控制器的性能进行比较，根据YIBO JIAO等对控制律提出的评价指标，采用本发明方法使得特征位姿误差向量均值以及方差的范数比背景技术MEWMA方法分别降低了11.37%和8.01%。

主权项

1.一种多元指数加权移动平均控制器设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、综合考虑机床刀具、夹具、定位基准三种误差源建立夹具-工件系统加工特征综合误差模型，分析噪声信息与质量波动测量数据和波动状态数据的关系，采用贝叶斯状态空间的方法构建加工过程的质量波动模型，得到加工偏移量的状态空间模型，如公式(1)所示： Δ X F A t F 0 1 = Γ * ( G ^ ) + * D * Δ x d ( t - 1 ) + Γ * ( G ^ ) + * N * Δ r f ( t ) + Γ * Q + * ΔD t - Γ * Δ x Tt G + w t Δ Y F A t F 0 1 = Δ X F A t F 0 1 + v t - - - ( 1 ) ]]>式中，是实际加工特征相对理想加工特征的位姿误差；是加工特征位姿误差向量的测量值；Γ是转换矩阵，将刀具标架相对于工件标架的偏差转换为刀具标架相对名义加工特征标架的偏差；G是定位销雅克比矩阵；D是定位基准矩阵；Δx_d(t-1)是定位基准偏差；N是定位销的姿态矩阵；Δr_f(t)是各定位销的偏差矢量；Q是接触位移与接触变形诱导的工件位移之间的转换矩阵；ΔD_(t)是接触位移；是刀具姿态偏差，w_t是过程噪声，v_t是测量噪声；对所有的t和s，当t≠s时，v_t和v_s、w_t和w_s以及v_t和w_t都相互独立；步骤二、利用小波实时降噪方法对公式(1)中的进行处理，消除噪声项v_t；设小波多尺度分解所需要的最小数据量为其中，j₀∈N；记第t次加工完成后已获得的实时测量数据序列为y₁,y₂,…,y_t；当时，采用IIR数字滤波器对输出数据进行滤波处理，进一步进行调整；当t增长到时，先对数据进行对称周期延拓，进行小波阈值降噪，计算方法同离线降噪，得到降噪后的数据实时情况下，仅输出作为第次加工的实时值输出；当在时刻，取最新得到的个采样值，进行对称周期延拓，去噪，取作为第次加工的输出，以此类推，用一个以宽度固定的滑动窗口实现小波去噪的实时滤波；步骤三、当加工过程由于夹具误差使第t次过程运行后产品的加工特征存在位姿误差时，基于加工特征位姿误差的滤波状态建立MEWMA控制器调整算法如(2)式： α ^ t = ω ( Δ Y F A t ′ F 0 - B * Δ R f ( t - 1 ) ) + ( 1 - ω ) α ^ t - 1 Δ R ft = ( I - B ′ ( BB ′ ) - 1 B ) Δ R f ( t - 1 ) + B ′ ( BB ′ ) - 1 ( τ - α ^ t ) - - - ( 2 ) ]]>式中，ω∈(0,1)是加权因子；是加工特征位姿误差向量的测量值，经小波实时去噪后的数据；ΔR_ft是各定位销输入调整量；是定义定位销调整量对加工特征位姿误差影响的关系矩阵。