面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明結合模糊控制和BP神經網絡的方法實現電加工間隙狀態(tài)的智能控制。模糊控制輸出加工間隙相對值作為速度比率，結合插補器最大速度，控制伺服進給或后退。BP神經網絡通過在線分析加工效率，判斷模糊控制效果，訓練樣本，實時改變電壓閾值，間接調整模糊推理規(guī)則，改進模糊控制性能，提高自適應性。提高了對電加工間隙狀態(tài)識別的準確度、控制的自適應性和加工的穩(wěn)定性，解決傳統(tǒng)間隙狀態(tài)識別邏輯電路復雜的問題。
【專利說明】面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電加工機床數控系統(tǒng)中的一項控制技術，是一種基于模糊控制和BP 神經網絡的在線分析加工間隙的智能控制系統(tǒng)及方法，用于對電加工數控機床加工間隙進 行控制。
【背景技術】
[0002] 對于高速、高精電加工數控機床，加工間隙大小是面向電加工數控系統(tǒng)中的一項 重要參數，影響數控機床的加工精度和加工效率，甚至影響電加工數控的正常運行。在加工 過程中，工具電極和工件電極必須保持適當的加工間隙。間隙過大，極間介質不易被擊穿， 降低加工效率；間隙過小，引起短路和燒傷，損耗電源。間隙狀態(tài)的控制，可以使加工間隙維 持在最佳值的附近，實現_速_精_效穩(wěn)定的加工，具有重要意義。
[0003] 然而，傳統(tǒng)的加工間隙控制裝置一般通過硬件電路實現，靈活性差，控制精度有 限。隨著人工智能的發(fā)展和計算機計算速度的提高，通過智能控制算法實現加工間隙的控 制成為電加工專用數控系統(tǒng)的趨勢。智能控制算法混合人工智能控制技術，可以相互補充， 克服單一智能控制的缺陷。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現有技術的上述不足，提出面向電加工專用數控系統(tǒng)加工 間隙的智能控制系統(tǒng)及方法，根據放電狀態(tài)監(jiān)測數控電加工機床的放電間隙，提高監(jiān)測的 精度，以提高電加工的效率和穩(wěn)定性。
[0005] 本發(fā)明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種面向電加工專用數控系統(tǒng)加工 間隙的智能控制系統(tǒng)，包括：
[0006] 放電電壓采樣模塊，用于對電壓信號的A/D轉換，根據電壓波形，獲取電壓數據序 列，并計算電壓均值；
[0007] 高頻脈沖分析模塊，通過分析脈沖信號，對電壓不同頻率的脈沖進行計數，根據高 頻脈沖比例大小，得出加工效率；
[0008] 模糊控制模塊，用于根據電壓期望判定間隙大小，并向伺服輸出速度比率；
[0009] BP神經網絡控制模塊，用于根據高頻信號比例和模糊控制模塊輸出間隙大小調整 模糊控制模塊的推理過程
[0010] 模糊控制模塊，用于根據電壓期望判定間隙大小，并向伺服輸出速度比率。
[0011] 所述放電電壓采樣模塊包括
[0012]A/D轉換模塊，用于將放電脈沖采樣為數字信號；
[0013] 電壓均值輸出模塊，用于根據所述數字信號獲取電壓數據序列，計算得到電壓均 值，并輸出到模糊控制模塊。
[0014] 所述BP神經網絡控制模塊包括
[0015]訓練模塊，根據從模糊控制模塊中選取輸出采樣樣本，并用采樣樣本訓練神經網 絡；
[0016] 調整模塊，用于當模糊控制控制效果變差時，啟動BP神經網絡，根據高頻脈沖分 析模塊輸出結果判斷間隙大小，并據此調整模糊控制門檻電壓。
[0017] 所述模糊控制模塊包括：
[0018] 模糊化處理模塊，根據設定的門檻電壓和采樣器輸出結果，得到誤差和誤差變化， 將連續(xù)的誤差和誤差變化數據轉換為離散量；
[0019] 模糊推理模塊，根據設定的模糊推理規(guī)則控制表和模糊化處理模塊的輸出數據， 得出間隙大小的模糊量；
[0020] 反模糊處理模塊，根據模糊推理模塊的輸出數據，得出間隙大小的精確量，輸出到 伺服中，控制電極運動速度和方向。
[0021] 一種面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制方法，包括以下步驟：
[0022] 對電壓波形進行預處理；
[0023] 用模糊控制算法和BP神經網絡算法分析預處理結果，并輸出相對間隙值；
[0024] 將所述相對間隙值轉化為最佳相對電極速度，結合電極最大速度，得到最佳電極 速度并發(fā)送到伺服，使加工間隙等于相對間隙值。
[0025] 所述對電壓波形進行預處理包括以下步驟；
[0026] 將連續(xù)的波形模擬信號，轉換為離散的數字信號，計算電壓均值；
[0027] 分析數字信號，得出高頻脈沖比例和加工效率。
[0028] 所述模糊控制算法包括以下步驟：
[0029] 獲取控制量的精確值，計算得到誤差E和誤差變化AE:
【權利要求】
1. 一種面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制系統(tǒng)，其特征在于，包括： 放電電壓采樣模塊，用于對電壓信號的A/D轉換，根據電壓波形，獲取電壓數據序列， 并計算電壓均值； 高頻脈沖分析模塊，通過分析脈沖信號，對電壓不同頻率的脈沖進行計數，根據高頻脈 沖比例大小，得出加工效率； 模糊控制模塊，用于根據電壓期望判定間隙大小，并向伺服輸出速度比率； BP神經網絡控制模塊，用于根據高頻信號比例和模糊控制模塊輸出間隙大小調整模糊 控制模塊的推理過程 模糊控制模塊，用于根據電壓期望判定間隙大小，并向伺服輸出速度比率。
2. 根據權利要求1所述的面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制系統(tǒng)，其特征 在于，所述放電電壓采樣模塊包括 A/D轉換模塊，用于將放電脈沖采樣為數字信號； 電壓均值輸出模塊，用于根據所述數字信號獲取電壓數據序列，計算得到電壓均值，并 輸出到模糊控制模塊。
3. 根據權利要求1所述的面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制系統(tǒng)，其特征 在于，所述BP神經網絡控制模塊包括 訓練模塊，根據從模糊控制模塊中選取輸出采樣樣本，并用采樣樣本訓練神經網絡； 調整模塊，用于當模糊控制控制效果變差時，啟動BP神經網絡，根據高頻脈沖分析模 塊輸出結果判斷間隙大小，并據此調整模糊控制口檻電壓。
4. 根據權利要求1所述的面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制系統(tǒng)，其特征 在于，所述模糊控制模塊包括： 模糊化處理模塊，根據設定的口檻電壓和采樣器輸出結果，得到誤差和誤差變化，將連 續(xù)的誤差和誤差變化數據轉換為離散量； 模糊推理模塊，根據設定的模糊推理規(guī)則控制表和模糊化處理模塊的輸出數據，得出 間隙大小的模糊量； 反模糊處理模塊，根據模糊推理模塊的輸出數據，得出間隙大小的精確量，輸出到伺服 中，控制電極運動速度和方向。
5. -種面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制方法，其特征在于，包括W下步 驟： 對電壓波形進行預處理； 用模糊控制算法和BP神經網絡算法分析預處理結果，并輸出相對間隙值； 將所述相對間隙值轉化為最佳相對電極速度，結合電極最大速度，得到最佳電極速度 并發(fā)送到伺服，使加工間隙等于相對間隙值。
6. 根據權利要求5所述的面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制方法，其特征 在于，所述對電壓波形進行預處理包括W下步驟； 將連續(xù)的波形模擬信號，轉換為離散的數字信號，計算電壓均值； 分析數字信號，得出高頻脈沖比例和加工效率。
7. 根據權利要求5所述的面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制方法，其特征 在于，所述模糊控制算法包括W下步驟： 獲取控制量的精確值，計算得到誤差E和誤差變化A E :
AE=Es_Et，-2《AE《2 ; (5) 其中，朽表示電壓期望為電壓采樣模塊輸出量，Umh、Um"表示口檻電壓為已知量可根據 BP神經網絡調整，E sig表示電源電壓為已知量，Es、Et為前一個插補周期和當前插補周期的 誤差E ;將誤差和誤差變化信號作為輸入量，得到精確控制量輸出伺服。
8. 根據權利要求7所述的面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制方法，其特征 在于，所述模糊控制算法還加入影響因子，調整誤差和誤差變化對精確控制量的影響程度： 若E的影響因子為a，AE的影響因子為1-a ;其中a大小可變，且與的的絕對值正相 關，根據實驗數據設定； 在模糊推理和模糊計算時，若加入影響因子，僅需將誤差和誤差變化變?yōu)橄喑思纯?，? AE=(l-a )*AE E=a *E (6)。
9. 根據權利要求5所述的面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制方法，其特征 在于，所述BP神經網絡算法包括W下步驟： 判斷最近5?20個插補周期的工作效率是否達到預定要求，若符合要求則訓練樣本， 否則根據高頻信號比例和電壓方差，通過傳統(tǒng)BP神經網絡算法，判定間隙大小； 將判定的間隙大小同模糊控制算法中的間隙大小比較，來修改模糊控制模塊的推理過 程。
10. 根據權利要求9所述的面向電加工專用數控系統(tǒng)加工間隙的智能控制方法，其特 征在于，所述修改模糊控制模塊的推理過程，具體為： 通過修改口檻電壓的大小，來改變模糊控制模塊的推理過程：
其中，Si為模糊控制輸出間隙，S2為神經網絡輸出間隙。Ui、U2為電壓闊值，Ui〉U2,目1、 目2分別為Ui、U2的調整因子；對每個插補周期求調整因子，得到調整因子序列；面、拓為 序列均值；調整后的電壓闊值為Ui'，U2'。
【文檔編號】G05B19/18GK104423311SQ201310368673
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權日:2013年8月20日
【發(fā)明者】胡毅, 于東, 陳智殷, 彭鵬, 孫樹杰 申請人:沈陽高精數控技術有限公司