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脉冲电源与伺服控制系统在电火花加工工艺中起着至关重要的作用,而传统电火花加工控制系统普遍存在电源功耗大、加工效率低、智能化程度差等问题,亟待解决。本课题结合电火花加工机理分析、计算机检测与智能控制技术和现代电力电子技术等领域的最新研究成果,采用机理建模仿真与工艺试验相结合的方法,基于双DSP架构对电火花加工节能脉冲电源与伺服控制系统进行研究,并在电火花加工间隙放电状态检测与辨识方法、基于分布式人工智能控制技术的电火花加工电源与伺服系统自适应协调控制策略等方面取得了创新性的研究成果。
本文针对电火花加工对脉冲电源的要求,改进了一种基于PWM调压技术的智能化节能脉冲电源拓扑结构,基于状态空间平均法结合其电路拓扑结构建立了该电源的数学模型,并利用闭环小信号分析法推导出该电源的闭环传递函数,根据系统的性能指标和加工工艺要求对电路相关参数进行了仿真研究,并对其进行了综合优化。
针对现有的电火花加工放电状态检测方法存在的问题,引入了暂态能量思想的放电状态辨识原理,并与脉冲宽度检测原理和高频分量检测分析有机结合,提出了一种复合判据的放电状态综合辨识方法,并构建了加工间隙放电状态多判据辨识方法的检测流程,可有效提高放电状态的辨识正确率。
基于分布式人工智能思想提出了脉冲电源与伺服系统之间的协调控制策略,根据电火花加工机理分析,对脉冲电源与伺服系统进行任务分配,并通过模糊解耦方法建立了不同放电状态下的协调控制策略,有效提高了电火花加工过程的正常放电率。
针对传统电火花加工伺服控制系统存在的不足,基于模糊控制理论设计了电火花加工伺服电机模糊控制器,基于伺服电机的数学模型推导出传递函数,并设计出转速、电流的双闭环控制模型,并结合电火花加工工艺要求建立了伺服电机模糊控制规则,对输入输出参数进行模糊解耦,实现了对伺服电机的有效控制。
本文基于提出的双DSP架构加工电源与伺服控制系统的实现方法,研制完成了调压式智能脉冲电源及智能伺服控制系统的试验样机。与NH250成机进行了电极损耗、加工速度、加工表面质量、电能损耗以及可靠性等方面的对比实验。实验结果表明,研制的调压式智能脉冲电源与伺服控制系统的各项工作性能均优于传统的电火花加工系统。