模糊控制技术在电火花成形加工过程中的应用

摘　要：通过对电火花成形机放电状态的分析，提出了利用分析周期内出现异常放电状态时间的比例及开路状态所占时间的比例，来判别电火花成形加工的间隙放电状态及其变化趋势的方法，并在此基础上利用模糊控制策略实现了对电火花成形加工过程中放电状态的控制，取得了令人满意的效果。
关键词：电火花加工　模糊控制　间隙检测

Abstract：On the basis of that the proportion of time spent sparking is analyzed in Electrical Discharge Machining(EDM)process,a new method.which is used to ascertain the trend of discharge gap change,is presented.And a fuzzy control strtegy is introduced to parctical use ,the results is well.▲

1　引言

　　影响电火花加工过程的因素很多，随机性很大，因而在电火花加工过程中，为了保证加工工件的精度和表面粗糙度，消除烧伤工件的隐患，电火花加工设备应具有比较完善的自适应控制系统，使整个电火花加工都工作在最佳状态，以提高生产率和经济性。电火花成形加工控制的核心问题是对电火花放电状态的控制。但是传统的电火花成形加工的自适应控制策略为约束适应控制(ACC)和最佳适应控制(ACO)，由于此种控制策略试图用精确的数学模型来描述电火花加工这一复杂的非线性系统和多因素的时变系统，因而存在着许多缺陷。为适应高自动化无人操作，降低对操作者的技术熟练程度要求，保证加工质量，本文提出了一种新型的模糊控制策略，取得了很好的实验效果。

2　电火花放电状态的监测

　　有多种对电火花成形加工中放电状态的检测方法，但目前最简单也是最常用的是采用判别间隙放电电压波形的方法，来判断电火花成形加工过程中的放电状态。电火花放电电压波形可分为五种基本类型，如图1所示。

图1　电火花成形加工间隙放电的五种基本形式

　　图1中，a为开路电压波形，b为正常放电电压波形，c为可恢复性不稳定电弧放电电压波形，d为不可恢复烧伤性稳定电弧放电电压波形，e为短路电压波形。五种电火花放电电压波形可用于判别电火花放电状态。常用的方法是通过设置门槛电压值V_ref1、V_ref2的方法，将放电状态划分为三个区域，即当放电电压值高于V_ref1时为开路；当放电电压值在V_ref1和V_ref2之间时为正常放电区域；当放电电压值低于V_ref2时为异常放电区域。但是，这种方法不能分离出不稳定性电弧放电。为了更准确地判别间隙放电状态，考虑到不稳定性电弧电压存在高频信号，
本文将门槛电压法与高频信号检测法结合起来。当放电电压U＜V_ref2且存在高频信号时，则放电状态为不稳定电弧放电状态；当放电电压U＜V_ref2且不存在高频信号时，则放电状态为稳定电弧放电状态或短路状态。这样就可分离出四种放电状态，其中考虑到稳定电弧放电状态和短路状态都是由于放电间隙过小引起的，所以将它们归并为一类。取T(ms)为分析周期，采样频率f(Hz)，令t_d、t_e、t^′_e、t_a分别为一个放电周期内出现开路、正常放电、不稳定电弧放电、稳定电弧放电及短路状态的时间。在每一采样周期内，对采样值作出状态判别，并分别进行统计τ_d、τ_e、τ^′_e、τ_a为一个电压脉冲中出现开路、正常放电、不稳定电弧放电、稳定电弧放电及短路状态的采样值次数。在工程实践中进行间隙状态检测时，实际上包括了电火花脉冲电源的输出处于脉间阶段的状态，此时采样检测电压值为零，认为是短路，统计结果纪录到τ_a中。解决这一问题的方法是通过计数器记录脉冲个数N，令t_a为一个放电周期内实际上出现稳定电弧放电及短路状态的时间，设电火花脉冲电源的脉间为T_t，则在分析周期T内，四种放电状态出现的时间分别为：

　　　　(1)

 　　　　(2)

　　　(3)

　　　(4)

　　在分析周期内总的放电时间：

t_T=T-N^．T_I(5)