[发明专利]基于短路时间的微细电化学加工模糊在线控制系统

摘要

一种基于短路时间的微细电化学加工模糊在线控制系统，包括上位控制系统、下位控制系统；宏运动控制系统控制电机完成加工的大行程运动；微运动控制系统控制压电致动器完成超精细加工的细微进给量；上位控制系统发送加工指令、加工参数至下位控制系统；下位控制系统分时调用控制逻辑，分别驱动宏/微两级运动控制系统，协调控制宏/微两级位移机构，最终实现微细电化学加工过程中加工极间间隙的高精微细的精密调整与加工的大行程运动。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。

主权项

1.一种基于短路时间的微细电化学加工模糊在线控制系统，其特征是包括上位控制系统和下位控制系统，下位控制系统包括含宏运动控制系统和微运动控制系统；/n宏运动控制系统控制电机完成加工的大行程运动；微运动控制系统控制压电致动器完成超精细加工的细微进给量；/n上位控制系统发送加工指令、加工参数至下位控制系统；下位控制系统分时调用控制逻辑，分别驱动宏/微两级运动控制系统，协调控制宏/微两级位移机构，最终实现微细电化学加工过程中加工极间间隙的高精微细的精密调整与加工的大行程运动；/nA、下位控制系统包括高性能嵌入式处理器和专用集成电路，二者进行通信；专用集成电路用FPGA实现，具有SPI读写控制逻辑、X/Y/Z三轴电机控制逻辑、纳秒加工脉冲控制逻辑、A/D与D/A转换控制逻辑和专用寄存器；/nB、对于宏运动控制系统：/n上位控制系统向下位控制系统发出宏运动指令；下位控制系统收到宏运动指令，并获取指令的运动参数，再把这些运动参数写入寄存器；宏运动控制电路读取运动参数寄存器，获取X/Y/Z三轴电机的运动信息，并控制各轴电机的宏运动控制；/nC、对于微位移控制系统：/n微位移控制系统包括微位移驱动电路、微位移检测电路、压电驱动及检测装置，其中：驱动电路是由D/A转换电路和驱动放大电路构成；微位移检测电路是由A/D转换电路和检测放大电路构成；/na、执行微位移控制时：由下位控制系统把控制电压并写入专用集成电路，由专用集成电路的A/D与D/A转换控制逻辑来驱动D/A转换电路实现初始控制电压；/n而后，驱动放大电路将初始控制电压转换为标准控制电压，驱动压电驱动与检测装置生成压电驱动电压，再施加到压电致动器，实现微量进给位移；/nb、执行微位移检测时，压电驱动与检测装置的位移检测电路采集压电致动器的输出位移量，得到0-10V位移检测电压；由检测放大电路放大，得到0-5V检测电压；而后，由专用集成电路的A/D与D/A转换控制逻辑驱动模数转换A/D，得到微位移的反馈量；并上送到下位控制系统，形成微位移的检测反馈，实现微位移检测；/n所述下位控制系统的软件包括管理与调度程序、串行通信控制程序、驱动控制程序与加工控制策略程序；其中，驱动控制程序包括X/Y/Z三轴电机驱动控制程序、微位移驱动控制程序、微位移检测控制程序、脉冲及其检测控制程序；加工控制策略程序包括微位移模糊控制程序与加工进给模糊控制程序；/n1)所述X/Y/Z三轴电机的驱动控制程序流程为：/n执行宏运动时，先获取电机专用控制逻辑的忙闲状态；/n忙状态，则说明电路存在未完成运动，返回管理与调度程序；/n闲状态，则判断X/Y/Z指令位移是否全零，若为全零，则返回当前位移，返回系统的管理调度程序；不全为零，则清零使能寄存器相应使能标志，禁止X/Y/Z各轴的运动；/n而后，依次获取X/Y/Z各轴的位移，写入各轴运动方向、位移、速度；/n最后，重新置位使能寄存器的相应使能标志，使能X/Y/Z向运动，实现三轴的宏运动；/n2)所述微位移驱动控制程序流程为：/n首先，执行地址判断：若为地址0x0b00H，程序清零标志bPwDaEn，准备写入脉冲电源的幅值电压；若为地址0x0a00H，程序清零标志bDaEn，准备写入压电控制电压；若为其它地址，程序不作处理，退出，返回系统管理与调度程序；/n然后，将标志寄存器新值写入专用集成电路，禁止电源幅值电压或压电控制电压对应的DA输出；然后，按照设定地址写入脉冲幅值或压电控制电压的新值；再根据设置项目及其相应的地址，再次使能对应的标志位，重算标志寄存器的新值；最后，将标志寄存器新值重新写入专用集成电路，启动对应的DA电路，实现压电致动器的驱动或加工脉冲幅值设置。/n3)所述微位移检测控制程序分为：AD启动与数据读取两个过程，对应地址分别为0x1000 H与0x1001H；/n首先执行地址判别：/n如果地址为0x1000H，则将AD控制的标志bAdEn清零，然后写入专用集成电路，修改使能寄存器，禁止AD；而后，程序置1标志bAdEn，再次写入专用集成电路，修改使能寄存器，启动AD转换；/n如果地址为0x1001H，则检测AD控制的忙标志，如果AD转换是闲，读取专用集成电路得到的AD数据，返回采集的微位移数据；如果AD转换是忙，则返回管理与调度程序；/n4)所述微位移模糊控制程序为：/n初始化各控制参数，判断采样定时是否来到：/n如果采样定时时间没有到，则结束；/n如果采样定时时间到，则采集当前微量位移，计算位移偏差与偏差的变化；如果偏差及其变化为0，则返回管理与调度程序；偏差及其变化非0，则执行模糊处理，采用微位移模糊算法，计算控制电压，送至压电驱动与检测装置，输出相应位移量，实现一次位移调节；/n5)所述进给模糊控制程序为：/n首先执行初始化操作，初始化程序各参数；/n而后执行采样定时判别，如果定时未到，则退出，返回管理与调度程序；/n如果定时到，则判断加工的极间短路状态：/n如果加工正常，极间无短路状态，进给速度v'保持不变，根据当前进给速度计算当前进给周期内的加工进给量，驱动压电致动器，实现加工进给；/n如果加工短路，则计算短路时间倒数1/ts的偏差E与偏差变化ΔE，然后计算量化后的E与量化后的ΔE隶属度，执行模糊处理过程，采用进给模糊算法，求取进给速度变化率，计算进给速度v'与本次进给周期内的工具进给量；/n最后，执行压电驱动，实现工具的进给。/n