电火花脉冲电源检测识别系统的设计与仿真
电火花放电间隙状态检测模块的设计
设计与研究电火花放电间隙状态检测模块的设计佛山科学技术学院 叶树林摘 要 本文设计的电火花放电间隙状态检测模块通过对间隙电压、电流及前一个间隙状态的判断,能够即时区分各种放电间隙状态,并通过对一段时间内出现某间隙状态的时间进行累计,来检测该间隙状态的发生率。
此外该模块还对间隙平均电压、峰值平均电压进行了检测。
Abstract The spark gap testing m odule designed in this paper can differentiate each spark gap states immediately by distinguishing the gap v oltage,gap current and last gap states,and test a certain gap state occurrence by adding up the time of this state occuring during a period.Otherwise,the average gap v oltage and average open circuit v oltage are measured in this m odule als o.关键词 电火花加工 放电间隙状态 检测1 概述在电火花加工中,放电间隙状态是进行伺服进给控制和脉冲电源自适应调整的基本依据,放电间隙状态的检测环节是电火花加工设备中一个必不可少的重要组成部分,它的性能好坏直接影响到加工过程的稳定性和加工质量。
然而,间隙的火花放电又是一个十分复杂的过程,影响因素多,随机性强,对它的检测较为困难。
目前,电火花放电间隙状态的检测已成为各种电火花加工设备研制开发过程中不可回避的难点之一。
因此,研制一种通用化的电火花放电间隙状态检测模块,对于电火花加工设备开发过程中减少重复性劳动、缩短开发周期、提高设备性能等都具有重要意义。
设计和优化电火花控制系统
设计和优化电火花控制系统摘要:本文提出了一套基于Modbus协议的总线控制系统,分析了Modbus协议的特点,介绍了Modbus协议的内容及通信过程,给出了系统的软件实现方法。
文中试图将现场总线理论应用于电火花加工机床,并最终通过使用Modbus协议实现各设备之间的互联。
关键词:Modbus 现场总线电火花RTU国内的大多数电火花设备由于实时性等方面的要求,控制系统均是基于dos 环境设计,这种系统能满足电加工的基本要求,但也大大影响了人机交互的改进以及远程通信等现代控制的要求。
模块化结构可裁减性强,便于满足不同用户的需求,是系统深入发展的良好基础。
专业化的信号采集设备及检测装置成为系统稳定和可靠运行的保障。
应用网络技术,可做到信息处理综合化、智能化。
与此同时,VB、VC以及各种组态软件的发展为人机界面及总线控制的发展的提供了良好的开发环境,使我们能够设计出更为合理及人性化的系统。
1控制系统结构现场总线控制系统一般采用上位计算机结合下位智能仪表来实现控制功能。
在本系统中,由于系统的检测装置简单易用,因此采用微控制器来读取信号并最终传输给上位机。
一般来说,总线系统主要包括变送器,总线和检测站。
在本套系统中,微控制器和检测装置成为智能仪表即变送器,它作为从机使用,但确是系统的核心部件,而上位机即检测站主要完成人机交互的任务以及一些优化、复杂计算和控制的功能。
个性化的人机界面以及标准化的总线结构设计,可方便的扩展系统的控制功能。
整套系统结构图如图1所示,系统最主要包括一个服务器,一台pc机,三个微控制器及相关检测设备。
2 Modbus协议Modbus协议是OSI模型第七层上的应用层报文传输协议,它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。
互联网组中已经保留TCP/IP 系统端口502用以访问Modbus,Modbus协议已经成为一种流行的工业控制传输标准。
2.1协议内容Modbus协议定义了消息与格式和内容的公共格式,主要采用命令/应答方式,每一种命令报文都对应着一种应答报文,命令报文由主站发出,当从站收到后,就发出相应的应答报文进行相应。
基于单片机控制的数字脉冲电火花电源设计
自动控制与检 测基于单片机控制的数字脉冲电火花电源设计宋聚海,陈克选,肖 笑,王晓非,张磊磊(兰州理工大学有色金属合金省部共建教育部重点实验室,甘肃兰州730050)The Design of Digital Pulse EDM Power Supply Based on MCUSONG Ju 2hai ,CHEN K e 2xu an ,XIAO Xiao ,WANG Xiao 2fei ,ZHANGLei 2lei(Key Laboratory of Non 2ferrous Metal Alloys ,The Ministry of Education ,Lanzhou University of Technology ,Lanzhou 730050,China ) 摘要:根据电火花沉积工艺的特点,设计了基于16位单片机80C196KC 控制的脉冲电火花电源.主电路中,采用了半桥逆变电路实现功率的变送.控制电路中,通过PWM 脉宽调制实现电压调节.设计采用了多种抗干扰措施,提高了电源系统工作的稳定性.关键词:电火花沉积;16位单片机;半桥逆变;PWM中图分类号:TP661文献标识码:A文章编号:100122257(2009)1120040204收稿日期:2009205214Abstract :According to t he characteristics of e 2lect ric spark sediment ,t he power supply for p ulse EDM which is based on 162bit MCU 280C196KC was desiged.In t he main circuit ,half 2bridge invert 2er circuit was adopted to realize t he interchange of t he power.In t he control circuit ,t he regulation of voltage value was achieved t hro ugh t he adjusting of PWM wave widt h.Variety of anti 2jamming meas 2ures were used to improve t he stability of power supply system.K ey w ords :elect ric spark sediment ;162bit MCU ;half 2bridge inverter ;PWM0 引言电火花沉积技术的广泛应用不仅降低了生产成本、提高了资源的重复利用率,同时也提高了企业的生产效率.近年来,国内外一些专家和学者对电火花沉积电源进行了进一步的研究和改进,在阳极端改用了旋转电极.改进的电火花沉积修复电源热输入量集中,热影响区小,由于瞬间形成高温达近万度以上,可形成高熔点的复合强化层[1-2].但改进的电火花沉积电源仍然存在可控性和稳定性不够理想的问题.这不仅影响了沉积效果,也在某种程度上限制了电火花沉积电源的使用范围.基于此问题,提出一种可控性较精确的逆变电火花沉积脉冲电源研制方案.1 主电路设计设计的脉冲电火花电源主要参数分别为:输入电压220V ±20%(50～60Hz );输出电压45～120V ;额定输入电流15A ;逆变频率25k Hz ;额定输出功率3500W.所设计的电火花沉积电源主电路如图1所示.输入整流滤波电路由桥式整流电路和图1 电火花沉积电源主电路串联电容C 1,C 2构成.整流桥选用耐压1200V ,正向平均电流为100A 的整流管.电阻R 1和常开开关J 1组成主电路的软启动回路.电源启动时,R 1串入主电路,限制启动时的充电电流,用软件实现延时0.5s 后,J 1闭合,将限流电阻短路,主电路启动过程结束.IG B T 功率转换电路由功率开关管IG B T1,IG 2B T2;半桥电容C 1,C 2;高频变压器一次绕组组成.当IG B T1,IG B T2均截止时,由于电容C 1和C 2容量相等,电路对称,因此,中点电压为输入整流滤波电路输出直流电压的一半.当IG B T1的栅极加一触发脉冲信号时,IG B T1导通,电容C1通过IG B T1和变压器一次绕组放电,同时,电容C2通过输入电源、IG B T1和变压器一次绕组被充电,在工作过程中IG B T的工作频率为20～25k Hz.整流滤波输出电路由高频变压器二次绕组、快恢复桥式整流电路D1～D4、电容器组C3,C4和电感及晶闸管组成.沉积频率控制:在主电路设计时,采用了半控的高频晶闸管进行输出频率的控制.由于单片机的PWM引脚的输出周期是固定的[3],即其输出信号频率是固定的.故设计采用单片机的定时器,用软件编程以定时器中断方式实现频率和脉宽均可调的晶闸管脉冲触发信号.运用晶闸管过零关断的特性,使其自然关断.该半桥电路在满足设备功率的前提下,具有抗不平衡能力强的特点,大大提高了电源的可靠性.额定逆变频率为25k Hz,沉积放电频率为500Hz～10k Hz可调.2 控制系统硬件设计2.1 主控制芯片的选择在本设计中,采用美国IN TEL公司生产的MCS96系列16位单片机中的80C196KC作为控制电路的核心芯片,该型号单片机采用CHMOS工艺制造,具有运算速度快,处理能力强,接口丰富的特点.集成有16kB的EPROM,488Byte寄存器阵列,有20个中断源,3个脉宽调制(PWM)输出,4个高速输入口HSI,6个高速输出口HSO,4个16位软件定时器,8通道带有采样保持的10位A/D转换器,全双工串行口,看门狗以及高速时钟和I/O系统等.与80C196K B相比,80C196KC不仅内部存储器的容量扩大了一倍,扩展了输入输出口(如增加了2个PWM口),还新增了一个外设事务服务器P TS (perip heral t ransaction server),这大大降低了中断服务的开销.另外,它可以采用16M Hz的晶振,运行速度比12M Hz的80C196kB快33%.这给系统设计以及今后控制系统的升级和扩展提供了极大的方便[4].2.2 控制系统的硬件组成采用80C196KC构成的电火花沉积电源控制系统,既要控制系统的输出特性,又要实时监控沉积过程.控制系统电路由单片机最小系统、驱动电路、电压、电流采样电路、保护电路以及参数预置与显示电路组成.所设计的电源控制系统如图2所示.图2 电火花电源控制系统2.3 IGBT驱动电路2.3.1 脉宽调制电路采用脉宽调制方式调节沉积电源的输出特性,通过沉积电源的负反馈,并采取一定的控制算法,实时控制PWM的脉宽.为了保证电源系统能工作在设计的恒定频率范围内,对频率不稳定段进行了封锁,即设置了最小脉宽.当脉冲宽度很窄时,对控制电路及主电路元件的对称性有较高的要求,因此,在控制程序中规定了SG3525输出的最小脉宽为4.0μs,这也避免驱动电路存在保护盲区所带来的不良影响.控制系统中,将误差放大器设计成电压跟随器的形式,误差由单片机运算后输出,经MA X530芯片进行D/A转换后给出SG3525的控制电压信号,该控制电压信号由SG3525的同相输入端输入,如图3所示,图3中R f为误差放大器反馈电阻.图3 由SG3525构成的PWM电路设t1,t2分别为锯齿波上升时间和下降时间, R d为死区电阻.SG3525产生的锯齿波频率为:f=1t1+t2=1C t(0.7R t+3R d)(1)公式中改变R d的大小就可以改变2路脉冲信号之间的死区时间.3525输出的PWM的波形频率为锯齿波的一半.系统设计的逆变频率为25k Hz,故要求SG3525产生的锯齿波频率为50k Hz.微调R d可以改变死区的时间,并可小幅度改变锯齿波频率,设计选定死区时间为5.2μs,逆变频率为25 k Hz.2.3.2 功率驱动电路功率驱动电路的作用是将SG3525输出的PWM脉冲进行功率放大,以驱动IG B T.保证IG2 B T的可靠工作对驱动电路起着至关重要的作用,对IG B T驱动电路的基本要求归纳如下[5]:a.提供适当的正向和反向输出电压,使IG B T 可靠地开通和关断.b.提供足够大的瞬态功率或瞬时电流,使IG2 B T能迅速建立栅控电场而导通.c.尽可能小的输入输出延迟时间,以提高工作效率.d.足够高的输入输出电气隔离性能,使信号电路与栅极驱动电路绝缘.e.具有灵敏的过流保护能力.选取EXB841及其相应的外围电路构成IG B T 的驱动电路.EXB841自身对输入级采用光耦隔离,这样可降低对控制系统的干扰.并且在EXB841的第6脚上接一个快速恢复二极管,当IG B T正常饱和导通时,该二极管处于正向导通状态,一旦IG B T 发生过流,则该二极管截止.EXB841自动将驱动电压降低,以增加IG B T耐过流能力,以保护IG B T. EXB841输出波形如图4所示.图4a为过流保护时的波形,图4b为取消过流保护时的输出的正常触发波形.图4 EXB841输出波形EXB841在关断输出脉冲的同时,其5脚输出低电平信号报警,设计中,在5脚上接一快速光耦,过流时,光耦导通,过流保护信号加至SG3525的10脚,关断PWM输出,同时向单片机申请中断,如图5所示.图5 EXB841驱动电路根据IG B T的动态特性,开通过程动态特性包括开通延迟时间t d(on)和电流上升时间t r,关断过程动态特性有关断延迟时间t d(off)和电流下降时间t f[6].设计过程中,为了确保IG B T工作时可靠关断,将EXB841内部5V稳压管抛开,在外部接一8 V稳压管,同时为了保证+15V的正偏压,将其20 V单电源提高到23V,这样,其内部-5V的负偏压提高到-8V.不仅将门槛电压由原来的7.5V 降低到4.5V,同时还缩短了其保护盲区的时间,也提高了IG B T的关断能力.2.4 保护电路为了确保系统的安全、可靠工作,设计了针对过/欠压、过热、过流综合保护电路,采取封闭式保护方式,即无论以上哪种故障发生时,都由硬件电路在SG3525的10脚加一高电平,以关断其PWM输出.同时向单片机申请中断,以便对故障进行进一步处理.由于过流状态是最为严重的一类故障,故采用80C196KC 的非屏蔽中断NM I 对其进行处理,该中断享有最高优先级.过欠压和过热共享HSI.0中断,并由H IS.2和HIS.3来判断发生了哪类故障.在故障中断服务程序中,针对不同的故障,给出了不同的指示.当有以上4种故障之一发生,便彻底封闭IG B T 的输出,结束沉积过程.3 控制系统软件设计如图6所示,80C196KC 主程序用来控制电火花沉积正常工作的整个过程,具体控制时序是:上电复位后,判断沉积枪开关是否合上,若合上,进入电火花沉积准备状态.进入该状态后,先根据预置的参数计算沉积过程中的各种控制参数,然后,提前送气-开始金属沉积-采集实时参数-进行动态PI 调节-沉积枪断开-延时送气-退出沉积.发生过流、过热、过/欠压等故障时,保护模块立即动作,一方面发出中断请求,另一方面直接切断控制PWM 的输出.同时,中断服务程序也会做出相应的动作进行报警.中断服务子程序流程如图7所示.4 硬件电路抗干扰设计由于逆变电源是一个十分复杂的模拟/数字、高压/低压、高频/低频混合电路,而且逆变电源的工作环境相对较复杂,各种干扰源较多[7-8].为了保证电火花沉积过程的顺利进行,就要加强整个电火花沉积设备内部的抗干扰能力.采用阻容滤波来抑制电源系统的干扰,采用光电隔离和使用双绞线来抑制I/O 通道的干扰,采用合理布置电源线、元件,以减小信号线间的交叉干扰,用去耦电容来抑制印刷电路板干扰.5 系统调试及结果最后对所设计的电火花沉积电源进行了脱机调试和联机调试.分别对所设计的主控制板和主电路工作系统进行了检验和调试.脱机调试充分证明了印刷电路板设计和软件设计完全满足要求,驱动脉冲正常,动作时序与设计要求完全符合.联机调试时,测得的波形与预期的波形输出相符合.经过空载和负载测试表明,所设计的电火花沉积机能输出理想的脉冲,其幅值、频率和占空比均独立可调,可以满足不同金属材料类工件的电火花沉积需求.6 结束语电火花电源控制系统控制精度高,灵活性好,抗干扰能力强,操作方便,工作稳定可靠.经试验表明,所设计的主电路结构合理,参数与性能稳定,能够获得理想的脉冲电压.从硬件和软件2个方面采取了多种抗干扰措施,在脱机调试和联机调试过程中,取得了较为满意的效果.参考文献:[1] Wei Gao ,Zhengwei Li.Nano 2structured ally and com 2posite coatings for high temperature applications [J ].Materials Research ,2004,7(1):175-182.[2] 陈钟燮.电火花表面强化工艺[M ].北京:机械工业出版社,1987.[3] 徐爱卿.Intel16位单片机[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2002.[4] 汪 建.MCS 296系列单片机原理及应用技术[M ].武汉:华中理工大学出版社,1998.[5] 康劲松,郎玉峰,等.IG B T 集成驱动模块的应用研究[J ].电工技术杂志,2000,(5):36-38.[6] Chrysiss G C.High f requency switching power sup 2plies :theory and design ,second edition[M ].Mc Graw 2hill ,1989.[7] Kato T ,et al.Modeling of a power electronic converterfor EMC in the conduction emission f requency band [Z].Trans IEE of J apan ,2002.1555-1560.[8] Skibinski G ,Pankau J ,et al.G eneration ,control andregulation of EMI from AC drives [A ].Conf.Rec.IEEE 2IAS Annu.Meeting[C].1997.作者简介:宋聚海 (1984-),男,山东菏泽人,硕士研究生,研究方向为数字化逆变电源设计;陈克选 (1962-),男,山西临猗人,教授,研究方向为焊接工程自动化及焊接质量控制.。
毕业设计——电磁脉冲模拟器空间电场测量系统的硬件电路设计及仿真
(2)有源电光调制法
有源电光调制方法是在传感器探头部分将用天线接收到的电场信号转变成光信号，经过光纤传输到控制单元后，再还原成电信号进行显示处理。由于它在传感探头部分要进行电光信号的转换，故须提供电源，因而得其名。它的一般性原理如图1-1所示：
微细电火花加工脉冲电源及控制系统研究
微细电火花加工脉冲电源及控制系统研究目录摘要........................................................................................................................... .. (I)Abstract............................................................................................................... ..................II 目录........................................................................................................................... .. (IV)Contents............................................................................................................. .................VII 第一章绪论.. (1)1.1引言 (1)1.1.1课题研究背景及意义 (1)1.1.2国内外微细电火花加工的产生与发展 (2)1.2微细电火花加工技术的脉冲电源的研究 (5)1.2.1独立式脉冲电源 (5)1.2.2非独立式脉冲电源 (7)1.2.3其他电源 (10)1.3本课题研究概况 (10)1.3.1课题来源 (10)1.3.2研究内容 (10)第二章微细电火花电源系统设计总体研究 (12)2.1微细电火花微能脉冲电源关键技术分析 (12)2.1.1微细电火花加工特性分析 (12)2.1.2单脉冲能量对微细电火花加工影响的分析 (12)2.2脉冲电源的总体系统设计方案 (14)2.2.1脉冲电源设计要求 (14)2.2.2脉冲电源系统设计 (15)2.2.3电源主电路拓扑结构设计分析 (16)2.3本章小结 (19)第三章微细电火花脉冲电源硬件设计 (20) 3.1直流稳压调节电路 (20)3.1.1EMI滤波器的原理及设计 (20)3.1.2整流滤波电路 (21)3.2功率MOSFET选型计算与驱动设计 (23) 3.2.1功率MOSFET的分析与选择 (23) 3.2.2MOSFET缓冲吸收回路设计 (25)3.2.3MOSFET驱动电路设计 (27)3.3采集电路模块 (29)3.3.1平均电压检测电路 (29)3.3.2电流数据采样电路 (30)3.3.3电流真有效值转换电路 (31)3.3.4高速异步并行A/D转换电路 (32)3.4工作电源模块 (34)3.5继电器驱动 (35)3.6保护电路模块 (35)3.7串口通讯模块 (37)3.8电源PCB抗干扰设计 (37)3.9本章小结 (38)第四章电源加工软件控制系统的研究 (39) 4.1FPGA控制系统设计 (39)4.1.1FPGA功能结构概述 (39)4.1.2FPGA开发流程 (40)4.2控制系统软件设计 (41)4.2.1软件开发总体方案 (41)4.2.2脉冲发生器模块 (43)4.2.3功率选择模块 (45)4.2.4数据采样模块 (45)4.3人机交互通讯设计 (48)4.3.1RS232通讯协议 (48)4.3.2人机交互界面设计 (50)4.4本章小结 (51)第五章电源调试及工艺实验 (53)5.1加工实验设备介绍 (53)5.2电源输出波形调试分析 (55)5.2.1FPGA脉冲发生器输出波形 (55)5.2.2MOSFET驱动电路脉冲输出波形 (55)5.2.3功率MOSFET开关管输出波形 (56)5.2.3加工电容放电输出波形 (57)5.2.3工具电极放电加工输出波形 (57)5.2微能脉冲电源工艺实验研究 (58)5.2.1加工去除率工艺实验 (58)5.2.2微小孔实验 (64)5.3本章小结 (67)结论与展望 (68)参考文献 (70)攻读学位期间发表论文 (74)学位论文独创性声明 (75)学位论文版权使用授权声明 (75)致谢 (76)ContentsAbstract(Chinese).................................................................................... . (I)Abstract(English).............................................................................................. .. (II)Contents(Chinese)........................................................................................... (IV)Contents(English)............................................................................................ ...................VII Chapter1Introduction. (1)1.1Preface (1)1.1.1The background and significance of the research topic (1)1.1.2The origin and development of micro EDM at home and abroad (2)1.2Study on pulse power supply for micro EDM Technology (5)1.2.1Independent pulse power supply (5)1.2.2Non independent pulse power supply (7)1.2.3Other power supply (10)1.3The research situation of this subject (10)1.3.1The subject source (10)1.3.2The research content (10)Chapter2The research on the design of micro EDM power supply system (12)2.1Analysis of the key technologies of micro EDM pulse power supply for microenergy (12)2.1.1Characteristic analysis of micro EDM (12)2.1.2Analysis of the effect of single pulse energy on micro EDM (12)2.2The overall system design scheme of pulse power supply (14)2.2.1The design requirements of pulse power supply (14)2.2.2The design of pulsed power supply system (15)2.2.3The design and analysis of main circuit topology for power supply (16)2.3The summary of this chapter (19)Chapter3The hardware design of micro EDM pulse power supply (20)3.1DC voltage regulator circuit (20)3.1.1Principle and design of EMI filter (20)3.1.2Rectifier filter circuit (21)3.2The calculation and selection of power MOSFET driver design (23)3.2.1Analysis and selection of power MOSFET (23)3.2.2Design of MOSFET snubber circuit (25)3.2.3Design of MOSFET drive circuit (27)3.3Acquisition circuit module (29)3.3.1Average voltage detection circuit (29)3.3.2Current data sampling circuit (30)3.3.3Current true effective value conversion circuit (31)3.3.4High speed asynchronous parallel A/D conversion circuit (32)3.4The working power supply module (34)3.5Relay driver (35)3.6Protection circuit module (35)3.7Serial communication module (37)3.8Anti interference design of power supply of PCB (37)3.9The summary of this chapter (38)Chapter4The research on the control system software (39)4.1Design of FPGA control system (39)4.1.1Overview of FPGA function structure (39)4.1.2Development process of FPGA (40)4.2Design of control system software (41)4.2.1Overall scheme of software development (41)4.2.2Pulse generator module (43)4.2.3Power selection module (45)4.2.4Data sampling module (45)4.3Design of man-machine communication (48)4.3.1RS232communication protocol (48)4.3.2Design of the man-machine interface (50)4.4The summary of this chapter (51)Chapter5Power supply debugging and process experiment (53)5.1Introduction to processing equipment (53)5.2Analysis of power output waveform (55)5.2.1Output waveform of FPGA pulse generator (55)5.2.2Output waveform of MOSFET driver circuit (55)5.2.3Output waveform of power MOSFET switch tube (56)5.2.3Output waveform of processing capacitor discharge (57)5.2.3Output waveform of tool electrode discharge machining (57)5.2Experimental study on micro energy pulse power supply (58)5.2.1Process removal experiment (58)5.2.2Micro hole experiment (64)5.3The summary of this chapter (67)Conclusion and Prospect (68)References (70)Papers published during the study (74)Dissertation originality statement (75)Dissertation copyright licensing statement (75)Acknowledgments (76)。
基于DSP-MCU的电火花加工脉冲电源智能控制器的设计
精度 直接影 响到加 工 品质 …。采 用智能 控 制器 的脉
冲 电源 ， 可根 据加 工 电 流 或 间 隙 电压 自动调 节 电火
花加工机 床脉 冲 电源 的参 数 ， 时 机 床操 作 人 员 只 此 需 输入加工 指标 参 数 ， 机床 就 可 根 据 实 时 的加 工 过 程 数据 自动完 成加工 ， 而保 证加 工过 程 的稳定 性 。 从
Байду номын сангаас
脉 冲电源 是 电火花加 工设 备 的一个 重要 组成 部
制 系统 的方 法 ， 以充 分 发挥 Ｄ Ｐ数 据 处理 能力 强 、 Ｓ
分， 它提供 击穿 间 隙加 工 介质所 需 的 电压 ， 在 间隙 并
击穿后 提供 能量 以蚀 除 金属 ， 而脉 冲 电源 的控 制 因
运行 速度 高 和体积小 的优势 。单 片机总 线位 数较 少 ， 行速 度相 对 而 言 也要 慢 一 些 。对 于电火 花 加 运 工 机床 脉 冲电源控 制 系统 而 言 ， 机 接 口对 速 度 要 人 求 较低 。如 果直接 在 Ｄ Ｐ上扩 展／． 接 口， Ｓ Ｓ ＾机 Ｄ Ｐ经
能力 是 一种 浪费 ， 会 给智 能控 制 器 的 实时 处 理带 且 来 不必 要的 干扰 。同 时单 片机价 格便 宜 、 使用 简单 ， 因此 本系 统选 择在单 片机 上 扩展人 机接 口。本 控制 器借 助 Ｄ Ｐ强 大 的数 据 处 理 能力 和 高运 行 速 度 的 Ｓ 优势 ， 来实 现径 向基 函数神 经 网络算 法功 能 ， 使控 制
维普资讯
设 计 ・ 究 研
《 电加工与模具｝０８ ２０ 年第 ３ 期
电火花加工电极辅助设计与仿真系统的研究
电火花加工电极辅助设计与仿真系统的研究陈扣杰;单岩【摘要】实现了电火花加工电极快速建模功能、电极加工补偿功能与电极加工仿真功能;阐述了电火花成形加工电极辅助设计与仿真系统的关键技术;并以实例验证,该系统能大大地提高电极设计效率、缩短生产周期、降低制造成本.【期刊名称】《电加工与模具》【年(卷),期】2010(000)002【总页数】3页(P9-11)【关键词】电火花加工;电极辅助设计;加工仿真;非均匀平动补偿【作者】陈扣杰;单岩【作者单位】浙江大学化工机械研究所,浙江杭州,310027;浙江大学化工机械研究所,浙江杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TH164电火花加工利用放电产生的瞬时高温将与电极相对的工件表面熔化,甚至汽化,逐渐蚀除材料,达到加工目的[1]。
该技术在模具产品的型腔加工中有着非常广泛的应用[2]。
但实际应用中遇到电极设计效率低、设计人员无法判断加工后的型腔是否为所需型腔的问题。
如需得到加工结果,要在EDM机床上进行试样测试。
这造成加工周期的延长以及制造成本的增加。
针对以上问题,UG、CimatronE、Pro/E等软件虽也具有相应的电极设计模块,但其步骤烦琐、耗时较长,且不具有电极补偿、电极加工仿真功能,不能满足用户的需求。
因此开发出一套能实现电极快速设计、加工补偿以及加工仿真的“电火花加工电极辅助设计与仿真系统”是十分必要的。
1 系统总体设计本系统可分为:电极快速建模、电极平动补偿、电极加工仿真和辅助功能四大模块。
电极快速建模模块实现在UG中快速生成毛坯以及初始电极的功能;电极平动补偿模块实现对已有电极的加工补偿功能;电极加工仿真模块实现对已有电极的加工模拟功能;辅助功能模块实现数据存储、绘制二维工程图等辅助功能。
本系统的工作流程如下:通过嵌入的方式,在UG软件中加载电极快速建模与仿真系统,当用户单击菜单栏上的EDM或工具条上的命令图标,进入相应的用户界面,根据用户的选择系统会自动调用相应的程序进行设计。
电火花线切割的自动编程和仿真系统
电火花线切割的自动编程和仿真系统摘要随着CAD及其相关技术的应用和推广，从根本上改变了传统的产品设计、制造模式，极大地提高了生产效率，创造更多的技术经济效益。
数控加工仿真是计算机辅助设计与制造的关键技术之一。
电火花线切割加工的仿真技术对于加工精度和加工表面质量分析具有重要意义。
为此，本文对电火花线切割加工的几何仿真技术进行了研究。
为了实现电火花线切割加工自动编程，本课题完成了基于AutoCAD的数控加工自动编程系统的开发。
本文首先简单介绍了自动编程和仿真技术的研究现状和发展趋势，以及目前市场上常用的自动编程和仿真系统。
接着详细论述了运用AutoCAD内置二次开发工具Auto Lisp语言、DCL语言，结合国家标准，开发一个新的AutoCAD平台上的命令，来实现零件的自动编程和加工仿真系统。
最后给出一个典型零件自动编程实例，并通过该实例介绍了系统的应用方法。
本文对从事自动编程系统开发的相关人员具有一定的参考价值，还可供开发AutoCAD的人员和从事电火花线切割零件加工的企业员工参考，开发的软件系统可用于电火花线切割加工自动编程。
关键词：数控编程，加工仿真，AutoCAD，Lisp语言AUTOMATIC PROGRAMMING TECHNOLOGY ANDANALOGUE SYSTEM OF WIRE_CUT ELECTRICALDISCHARGE MACHININGABSTRACTWith the wide application of CAD/CAM and other related technologies, traditinal design and production methods have been thoroughly innovated, which improves the productivity and brings greater technologic and economic benefit. Wire-Cut Electrical Discharge Machining simulation is the key technology of CAD/CAM. Geometry simulation technique for Wire-Cut Electrical Discharge Machining has important meaning for high precision and surface quality. Based on such a notion, geometry simulation in is studied in this thesis.In order to realize the automatic program of Wire-Cut Electrical Discharge Machining, in this subject we have completed the development of automatic program system of numerical contral machining based on AutoCAD platform. Firstly, this discourse simply introduces research status quo and developing trend of the automatic programming technology and analogue system in common use in present market. Secondly, Uses AutoCAD built-in re-development tool Auto the Lisp language, the DCL language, the union national standards, develops in a new AutoCAD platform the order, may realize the engineering products design parametrization; May realize the automatic programming technology and analogue system. Finally, gives an automatic programming example of a typical part and introduces applying method of this system through this example.This discourse can be used as a reference for professionals engaged in research of automatic programming system, or as a reference for AutoCAD developers or as a reference for employees engaged in Wire-Cut Electrical Discharge Machining of bolt-node sphere. Developed software system can be used for the automatic program of Wire-Cut Electrical Discharge Machining of the bolt-node sphere in spatial steel framework.KEY WORDS:Numerical control programming, processing simulation, AutoCAD, Lisp language目录前言 (1)第1章电火花线切割基础知识 (3)1.1 电火花线切割加工的原理、特点及应用范围 (3)1.2 电火花线切割加工工艺 (4)1.3 电火花线切割控制系统和编程技术 (5)第2章AutoCAD基础知识 (10)2.1 AutoCAD简介 (10)2.2 AutoCAD特点及功能 (10)2.2.1 AutoCAD特点 (10)2.2.2基本功能及应用领域 (11)第3章仿真技术 (12)3.1 仿真的定义 (12)3.2 仿真分类 (12)3.3 仿真工具和方法 (12)3.3.1 仿真工具 (13)3.3.2 仿真方法 (13)3.4 仿真应用和效益 (14)3.5 数控加工仿真技术发展史 (14)第4章LISP语言应用的简介 (16)4.1 Lisp语言简介 (16)4.2 LISP语言的主要特点 (16)4.2.1 LISP语言的优点 (16)4.3.1 Auto Lisp和Visual Lisp简介 (17)4.3.2 Auto Lisp的数据类型 (18)第5章电火花线切割自动编程和仿真技术 (19)5.1 电火花线切割编程技术的发展 (19)5.1.2 语言式编程 (19)5.1.3 图形式编程 (20)5.1.4 集成式编程 (20)5.2实现自动编程的几种可行方案 (20)5.3电火花线切割的自动编程 (21)5.4 数控线切割仿真的意义 (23)5.5 数控线切割仿真系统的组成 (23)5.6 小结 (23)第6章基于AutoCAD平台上线切割加工自动编程系统开发法. 246.1自动编程系统开发工具的选择 (24)6.1.1 数控编程语言的自动编程 (24)6.1.2 交互式图形自动编程 (25)6.1.3 基于特征的自动编程 (25)6.2自动编程系统的开发方法 (25)6.3自动编程系统的总体设计 (26)6.4基于AutoCAD环境的数控图形自动编程系统 (27)6.4.1系统功能简介 (27)6.4.2加工代码生成 (29)第7章基于autocad环境的3b数控加工及应用 (30)7.1程序基本结构 (30)7.2基本原理 (30)第8章典型零件的加工及说明 (32)8.1典型零件加工仿真 (32)8.1.1典型线形零件加工 (32)8.1.2典型圆弧形零件的加工 (34)8.1.3典型线形圆弧形零件的加工 (35)8.2NC加工代码生成 (38)结论 (40)谢辞 (42)附录 (44)外文资料翻译 (47)前言作为特种加工家族的一员，电火花线切割加工是对传统机械加工方法的有力补冲充和延伸，现已成为机械制造业，特别是模具和工具行业不可或缺的重要加工手段，并正向着自动化、柔性化、精密化、集成化、智能化和最优化方向发展，同时也成为创新设计中实现奇思妙想所不可缺少的工艺方法。
毕业设计——电磁脉冲模拟器空间电场测量系统的硬件电路设计及仿真
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊毕业设计(论文)任务书课题名称电磁脉冲模拟器空间电场测量系统的硬件电路设计及仿真系别电气信息系专业班级姓名学号毕业设计〔论文〕的主要内容及要求:内容：1、首先了解强脉冲功率电源的工作原理，电场测量技术的理论基础和基本方法，设计相关硬件电路，包括传感器电路、接口转换电路；2、对各种电场测量方法和原理进行分析，选择合适的一种方法测量强脉冲功率电源的电场强度，对电场空间和时间分布进行计算；3、学习使用OrCAD/PSpice等硬件电路仿真软件，VB等编程软件。
4、总结编排材料，撰写毕业设计论文，进行毕业答辩。
要求：1、论文要求格式标准，字迹清晰，应有中英文摘要、关键词并附两张大图；2、论文要求所设计的测量系统有详细的理论分析和设计依据计算；3、论文最后应附有5000汉字的相关英文资料翻译。
指导教师签字：日期：年月日┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊电磁脉冲模拟器空间电场测量系统的硬件电路设计及仿真摘要本文针对有界波EMP〔电磁脉冲〕模拟器的研究，电磁脉冲模拟器作为外部高能脉冲激励源，为实验研究复杂电磁环境中的电磁预测问题提供了必要的技术支持。
在学习模拟器原理及结构的基础上设计了一套小型平行板电磁脉冲模拟器空间电场测量系统。
该系统包括电场测量探头、信号调理电路，高速数据采集部分。
其中高速数据采集部分采用了加拿大AlazarTech公司的高速数据采集卡ATS9350。
本文在查阅了大量文献的基础上，对各种电场测量系统的方案进行了综述与比较。
对电磁脉冲模拟器的构成及其脉冲源进行了初步探究和分析。
本设计使用OrCAD/PSpice软件绘制了信号调理电路的原理图，并模拟电场探头感应脉冲电场所产生的电压脉冲信号进行了激励源的设计，并用此激励源对原理图进行了PSpice仿真验证，得出了想要的信号调理结果。
一种智能电火花脉冲电源核心控制系统设计
放电状态，分为开路、正常放电、电弧放电和短路。目前放
电状态识别方式有平均电压检测法、峰值电压法、峰值电流
法和高频分量法等。考虑单指标方式具有一定局限性，采用
双指标识别方式[8]。系统可模糊神经网络对峰值电压和峰值
电流进行判断放电状态识别。设计使用梯度隶属度函数，计
算各类放电的隶属度值，公式为：
0， xi ximin
图 3 数据通信模块 RTL 图
2.2 放电状态检测模块识别设计 脉冲电源控制输出依据为工具电极与工件电极之间的
—————————————————————————— ＊［基金项目］四川省教育厅科研项目“电火花智能脉冲电源关键技术研究”（编号：18ZB0036）
·33·
科技与创新┃Science and Technology & Innovation
———————— 作者简介：刘海亮（1986—），硕士研究生，助理工程师， 主要研究方向为指挥与控制系统。
html
［2］何俊林.区块链军事应用方兴未艾［N］.解放军报，
〔编辑：王霞〕
·35·
关键词：电火花加工；脉冲电源；FPGA；模糊神经网络
中图分类号：TG661；TP39
文献标志码：A
DOI：10.15913/ki.kjycx.2021.12.015
1 引言 电火花加工技术是利用工具和工件之间的脉冲放电对工
件表面进行电腐蚀，从而达到对工件进行加工的技术，主要用 于导电材料加工，具有可加工难切削材料、可加工小孔、深孔 和畸形孔、加工精度高等优点。电加工系统包含脉冲电源、工 具电极、工作液和工件电极等，如图 1 所示[1]。脉冲电源是系 统关键部件之一，其技术指标直接关系着工件加工性能。随着 社会智能化水平提升，零部件加工朝着高精度、智能化方向发 展，需要对脉冲电源进行智能化深入研究和设计[2]。
数控电火花加工脉冲电源的设计与实践
数控电火花加工脉冲电源的设计与实践【摘要】本文设计的新型脉冲电源，可以预先设置参数数值并根据检测的间隙状态，通过PWM脉宽调制自动调节电火花加工参数，实现参数的自适应控制，并有效地解决脉冲电源的散热及电流响应不敏捷问题。
【关键词】脉冲电源；加工参数；自适应控制0 引言目前，大多数数控电火花加工脉冲电源为晶体管式脉冲电源，它是一种基于斩波原理的独立式脉冲电源，这种电源具有脉冲频率高、调节脉冲参数方便、脉冲波形较好、易于实现多回路加工和加工过程自动化、体积小等优点，其独立式电源及其派生电路已经广泛应用于电火花加工中，但它存在着两个方面的严重不足：一是，电源利用率低，电源的效率只有20%～25%。
主要因为直流电源电压（80V左右）与火花间隙维持电压（20V～25V左右）之间的电压差全部降在限流电阻上，限流电阻和加工间隙通过相同的电流，致使75%～80%的电能消耗在限流电阻上。
不仅造成电能的极大浪费，而且限流电阻由于散热需要而体积庞大、材料昂贵，故而脉冲电源内部的散热问题一直是电源电柜设计的关键，通常在脉冲电源内部必须附设电源风扇和排风通道，这又进一步导致电能的更大消耗和电柜体积加大。
另外，一般电火花加工脉冲电源粗加工平均电流高达100A左右，脉冲电源工频变压器绕组截面积巨大，这也导致脉冲电源重量惊人，体积庞大；二是，加工的峰值电流的响应速度低，而且加工电流值不稳定，随着加工状态变化而变化。
如工具和电极短路时，间隙电压为零，此时加工电流快速增大，进一步恶化了加工状态，容易引起拉弧，甚至烧伤工件表面，因此，研究新型脉冲电源已迫在眉睫。
1 脉冲电源参数自适应控制的基本原理自适应控制电源，要求能根据加工过程中的变化条件，自动改变脉冲电源的电参数，以保持加工在最佳状态下进行，从而实现稳定加工，并达到较好的工艺指标。
脉冲电源的电参数有脉冲波形、脉冲宽度、脉冲停歇时间以及脉冲电压和电流幅值等。
在电火花加工过程中产生不利于加工进行的变化因素很多，例如，放电间隙导电率的变化、加工工件的几何形状、面积随着加工深度的变化、工作液压力及流量的变化、脉冲电源电参数的变化等。
电火花小孔加工脉冲电源的微观控制方法研究
如图3所示，在正常放电时,主振脉冲微观控 制过程分为6个步骤，循环执行。发生异常事件触 发时，系统根据检测结果，按图4所示流程执行，其 控制过程如下：
放电间隙状态直接反映脉冲电源的工作状态! 检测电路采集放电间隙状态信号，经处理后反馈给 控制系统，成为脉冲电源闭环控制的重要依据！
放电间隙状态信号检测的电气原理见图2。间 隙检测模块采集得到4个状态信号,分别是:放电 电压加工电流！#、放电击穿信号S%、路信号S&。 其中,!"和匕为数值信号、S%和S&为电平信号。对 于微观控制方法而言，发挥重要作用的是S%和S&, 而和匕只起到辅助作用。 2.2微观控制原理
(1)放电截止
电火花加工
《电加工与模具》2021年第3期
图2放电间隙状态信号检测原理图
此阶段为整个控制周期的起始，也是上次脉冲 放电周期的结束，放电间隙处于放电结束后消电离 过程"此时，脉冲停歇时间计数器不断作计数操作"
(2) 短路探测 在放电脉冲停歇时间即将结束前，系统给放电 间隙发出一个短路探测脉冲％脉宽可通过外部设 置，脉冲不晚于主脉冲停歇结束时撤销o系统通过 判断收到短路信号S",决定下一步走向°如无短路 发生，则按时开启主脉冲，否则，重新进入放电截止 阶段，主脉冲也不会开启°如一直探测间隙至出现 短路，系统则会在放电截止和短路探测两个阶段不 断循环，直至检测到无短路发生° (3) 脉冲开始 在检测到间隙无短路之后，系统立即开启主脉 冲，间隙之间即刻施加放电电压，等待放电击穿％此 时,脉宽时间计数器被赋初值％ (4) 击穿探测 在开启主脉冲的同时，系统监控击穿信号 如间隙无发生击穿，则继续等待，脉宽时间计数器 继续赋初值,直到发生击穿，进入下一阶段％ (5) 放电加工 间隙之间持续放电，脉冲宽度时间计数器不断 作计数操作！直至计数器计数完成，系统关闭主脉 冲，放电终止％ (6) 间隙清理 放电主脉冲关闭后，由于放电回路的寄生电 感、电容的作用，间隙之间会发生脉冲无法立即关 闭的情况，严重影响间隙消电离效果，从而妨碍下 一周期的放电过程°因此，脉冲电源系统设计了专 门的间隙清理回路，在关闭主脉冲后，即刻发出间 隙清理脉冲，其脉冲时间预先设置，可以有效增强 消电离效果° 2・3微观控制方法的CPLD实现
电火花脉冲电源检测识别系统的设计与仿真
[自控 检测]收稿日期:2009 10 25;修回日期:2009 11 02基金项目:浙江省科技厅重点攻关项目(2006C21040);浙江省机械制造及自动化重中之重开放基金资助项目作者简介:张恒(1981-),男,浙江兰溪人,浙江金华职业技术学院机电学院教师,主要从事数控加工方面研究与教学工作。
电火花脉冲电源检测识别系统的设计与仿真张 恒,刘高进,郭生霞(浙江金华职业技术学院机电工程学院,浙江金华 321017)摘 要:文章对电火花间隙状态的检测方法进行了介绍,通过分析指出其在精细电火花加工中应用上的限制,将双传感器技术引入电火花加工间隙放电状态的判别中。
通过M ATLAB 软件对所设计的模糊神经网络在计算机上进行训练,待网络达到相应要求后,进行了仿真实验,验证了该设计在实际条件下的可行性,并且与单一传感器的模糊神经网络进行了对比,从这些数据可知,该识别系统在复杂的间隙工作状态下可以稳定地工作。
关 键 词:金属加工;电火花;脉冲电源;识别系统中图分类号:TG 66;T P391.9 文献标志码:A 文章编号:1005 2895(2009)06 0052 04D esign and Si m ulation of EDM Pulse Po w er Suppl yD etecti on and Recogniti on Syste mZ HANG Heng ,LI U G ao ji n ,GUO Sheng x ia(Instit ute o fM echan ical and E lectr i ca l Eng i neering ,Zhe jiang Jinhua Co ll ege o fV ocation and T echno logy ,Jinhua 321017,China)A bstract :F irs,t the detection m ethods of electrical d ischarge w ere i n troduced .The analysis de m onstrates the li m ita ti o ns in ED M app lication;and then doub l e sensor techno logy w ill be lead i n to the EDM to disti n guish interval d ischarge state .The fina l tra i n i n g on the co m puter w ith fuzzy neura lnet w o r k desi g ned by MATLAB soft w are ,after t h e net w or k reached acorrespond i n g reques,t conducted a si m u lation experi m ent to verify the desi g n s feasi b ility under realistic cond iti o ns ,and co m pari n g w ith a si n gle senso r f u zzy neural net w ork ,the result of t h ese data sho w ed that the recogniti o n syste m in a co m plex i n terva lwork i n g state can carry on stably .K ey words :m etal w ork i n g ;e lectric discharge m ach i n i n g(EDM );pulse pow er ;d ischarge condition recogniti o n 0 引言正常的电火花加工时,工具和工件间有一放电间隙。
电火花加工放电间隙的电路等效与模拟仿真
电火花加工放电间隙的电路等效与模拟仿真摘要：通过大量的电火花试验数据并加以综合分析提出并得到了正常放电状态下间隙击穿瞬态时的等效电路模型；对该等效电路模型进行了量化；从理论与事实上证明了此等效电路的正确性；利用Multisim对放电间隙进行了模拟仿真，通过仿真结果与实测结果的对比与分析，验证了此等效电路的正确性，并对其中的误差进行了理论上的分析。
关键词:电火花加工超定微分方程电路等效模拟仿真1引言在电火花加工中，对放电间隙状态的准确分析与检测是进行伺服进给控制、脉冲电源自适应控制等的重要依据。
但是，由于电火花加工中影响因素多，加工过程具有较强的随机性等原因，所以一直以来难以实现对放电间隙状态的准确分析与检测。
电火花蚀除过程主要在放电阶段实现，对于放电过程的认识既能加深对蚀除实质的理解，又能对脉冲电路参数的设计等方面起到指导作用，进而可以利用电源参数的变化去控制这些物理现象来提高加工效率。
2电火花放电间隙等效电路模型的建立2.1电火花放电间隙等效电路模型的提出如果能建立电火花放电间隙的等效电路，那么，就可以通过对等效电路的深入研究，进而达到对放电间隙的分析，从而可以对放电过程出现的种种现象给出准确的物理解释，更好地研究放电机理及其微观过程，加深对蚀除实质、加工实质的理解，对电参数与非电参数的选择，微间隙进给系统等机构的设计等提供理论依据。
本文主要讨论电火花正常放电状态下的等效电路，本文中全部电火花试验均采用方波脉冲电源，图1所示为实际测量时使用的方波脉冲电源波形，讨论的重点应该是图1中t1~t4间隙被加激励电压阶段。
建立电火花正常放电状态下间隙击穿瞬态时的放电间隙的等效电路模型如图2所示，并假设各电路元件线性。
图1 实际测量时使用的电源波形图2 正常放电状态下间隙击穿瞬态时的等效电路模型图2中灰色方框内部即为假设的放电间隙的等效电路，此由电感L、电容C、电阻R并联的等效电路就是对应于正常放电状态下间隙击穿瞬态时的等效电路模型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
[自控 检测]收稿日期:2009 10 25;修回日期:2009 11 02基金项目:浙江省科技厅重点攻关项目(2006C21040);浙江省机械制造及自动化重中之重开放基金资助项目作者简介:张恒(1981-),男,浙江兰溪人,浙江金华职业技术学院机电学院教师,主要从事数控加工方面研究与教学工作。
电火花脉冲电源检测识别系统的设计与仿真张 恒,刘高进,郭生霞(浙江金华职业技术学院机电工程学院,浙江金华 321017)摘 要:文章对电火花间隙状态的检测方法进行了介绍,通过分析指出其在精细电火花加工中应用上的限制,将双传感器技术引入电火花加工间隙放电状态的判别中。
通过M ATLAB 软件对所设计的模糊神经网络在计算机上进行训练,待网络达到相应要求后,进行了仿真实验,验证了该设计在实际条件下的可行性,并且与单一传感器的模糊神经网络进行了对比,从这些数据可知,该识别系统在复杂的间隙工作状态下可以稳定地工作。
关 键 词:金属加工;电火花;脉冲电源;识别系统中图分类号:TG 66;T P391.9 文献标志码:A 文章编号:1005 2895(2009)06 0052 04D esign and Si m ulation of EDM Pulse Po w er Suppl yD etecti on and Recogniti on Syste mZ HANG Heng ,LI U G ao ji n ,GUO Sheng x ia(Instit ute o fM echan ical and E lectr i ca l Eng i neering ,Zhe jiang Jinhua Co ll ege o fV ocation and T echno logy ,Jinhua 321017,China)A bstract :F irs,t the detection m ethods of electrical d ischarge w ere i n troduced .The analysis de m onstrates the li m ita ti o ns in ED M app lication;and then doub l e sensor techno logy w ill be lead i n to the EDM to disti n guish interval d ischarge state .The fina l tra i n i n g on the co m puter w ith fuzzy neura lnet w o r k desi g ned by MATLAB soft w are ,after t h e net w or k reached acorrespond i n g reques,t conducted a si m u lation experi m ent to verify the desi g n s feasi b ility under realistic cond iti o ns ,and co m pari n g w ith a si n gle senso r f u zzy neural net w ork ,the result of t h ese data sho w ed that the recogniti o n syste m in a co m plex i n terva lwork i n g state can carry on stably .K ey words :m etal w ork i n g ;e lectric discharge m ach i n i n g(EDM );pulse pow er ;d ischarge condition recogniti o n 0 引言正常的电火花加工时,工具和工件间有一放电间隙。
放电间隙的大小与加工工艺指标如蚀除速度、表面粗糙度有着密切的关系,为了保持较快的蚀除速度同时兼顾较好的表面粗糙度,应该使放电间隙控制在一个适当的范围内,在电火花加工的过程中,工具和工件间放电间隙的调整与控制非常重要,是能否实现优质、稳定、高效加工的关键。
1 常用的间隙检测方法电火花放电时,放电间隙的值非常小,直接测量放电间隙的大小很不现实,目前通常是通过检测间隙间的放电状态来实现的。
电火花加工中,2个电间隙的放电状态情况非常复杂,一般认为有5种状态,包括开路、正常的火花放电、不稳定的电弧放电、稳定电弧放电和短路[1 2]。
5种放电状态的电压、电流波形如图1所示,其放电状态有不同的特点:空载时不产生放电,间隙电压为脉冲电源的电压值,间隙间没有放电电流;正常火花放电时有一个间隙放电维持电压,通常为20~30V 左右,且放电过程具有明显的延迟特性,波形存在振荡高频分量;不稳定电弧放电为正常火花放电和稳定电弧放电的过渡状态;稳定电弧放电的放电维持电压比正常放电要低3~4V 左右,放电延时不明第27卷第6期2009年12月轻工机械L i ght I ndustry M achineryVo.l 27N o .6D ec .2009显;短路时电极与工件短路,间隙维持电压为零,电流最大,但是对工件没有蚀除作用。
对间隙放电状态的检测是非常困难的,前人在这方面做了大量的工作,研究了放电状态的各种检测方法,归纳起来主要有门限电压检测法、击穿延时检测法和高频信号检测法。
要严格区分正常放电、稳定电弧放电、过渡电弧放电是比较困难的,我们通常是通过检测放电间隙间的电压或者电流来了解放电状态的。
图1 5种放电状态的电压、电流波形1.1 间隙电压或电流平均值检测法目前普遍使用放电间隙电压或电流平均值检测法对放电间隙状态进行检测。
通过估算与经验得知,在工具、工件材料、工作液介质及脉冲参数等确定的情况下,放电加工过程稳定进行时,其间隙电压或电流平均值应处于一个区间中,如超出了这个范围,加工过程则处于非正常加工状态:间隙电压平均值超出范围上限(或间隙电流平均值低于范围下限)时,放电加工过程趋于空载加工状态,而间隙电压平均值低于范围下限(或间隙电流平均值超出范围上限),加工过程则趋于电弧放电或短路状态。
图2是放电间隙电压平均值检测法实现方法原理示意图,利用电阻、电容组成的滤波电路获取间隙电压平均值,由电位器提取电压信号进行输出[4 5]。
只要R,C 和W 选值适当,在电容C 上能获取间隙平均电压值信息。
D 2主要用作防止电容C 通过R 迅速放电,稳压二极管D 1的作用是阻止短路脉冲或稳定电弧放电脉冲通过,在它们接连出现时,电容C 因没有充电电流补充而使电压迅速下降,尽快输出放电间隙趋向短路的讯号。
放电间隙电流平均值检测法与放电间隙电压平均值检测法的实质完全一样,在此不再赘述。
它们具有电路实现简单、实用的特点,但对短路脉冲或稳定电弧图2 电压平均值检测法方法原理图放电脉冲的反应灵敏度较低。
1.2 峰值电压或电流检测法放电脉冲峰值电压(电流)检测方法是根据各种不同的放电脉冲在峰值电压(电流)的差异来鉴别放电状态的一种方法,峰值电流检测方法与峰值电压检测方法实质相同。
峰值电压检测法包括击穿电压检测法和击穿延时检测法。
图3为击穿电压检测电路原理图,检测电路中的电容C 为信号存储电容,它充电快、放电慢,可以记录峰值的大小;电路中二极管D 1的作用是阻止负半波以及防止电容C 所存储的电压信号再向输入端倒流放掉;稳压管D 2能阻止和滤除比其稳压值低的火花维持电压,从而突出空载峰值电压的控制作用,亦即只有出现多次空载时才能输出进给信号。
图3击穿电压检测法图4 击穿延时检测法图4为击穿延时检测电路,它是在击穿电压检测电路中增加了电阻R 2,使得只有存在击穿延时才能够取得检测电压,且击穿延时越大,检测出的电压值也越高。
峰值电压检测法主要用于间隙开路状态的检测,用途比较单一,因此对间隙放电状态的反映不够准确。
53 [自控 检测]张 恒,等 电火花脉冲电源检测识别系统的设计与仿真2 双传感器检测方法的总体结构通过以上分析可知,常用检测方法存在其局限性。
为此,我们设计了双传感器间隙状态检测系统。
在该间隙状态检测系统中,有2路传感器:一路用来检测脉冲放电中的间隙电压,一路用来检测脉冲放电中的峰值电流。
通过磁补偿的电流、电压传感器进行检测,并使采集、控制电路与加工电路在电气上得以完全隔离[6]。
控制系统根据定时采集的数据进行这段时间内放电状态的分类及统计,以决定下一步的如何调节脉冲电源电参数。
其系统结构如图5所示。
图5 放电状态分类系统结构3 单一传感器与双传感器识别系统的对比我们采用MATLAB 模糊神经网络系统进行模拟仿真[7],分别输入单一传感器数据和双传感器数据;同时分别训练由间隙电压和峰值电流作为单一传感器输入的神经网络[8 9]。
从中筛选了一些用单个传感器无法识别的放电状态,而用双传感器进行识别,其正确性令人满意。
这2个单一传感器识别系统在MATLAB 中的输入输出窗口分别如图6和图7所示;双传感器识别系统的输入输出窗口如图8所示。
图6 间隙电压作为输入数据的仿真结果为了能够更加直观地对单一传感器识别系统和双传感器识别系统进行对比,特给出表1。
以短路放电状态为例,对表1作一说明。
当间隙电压作为单一输入数据,仿真输出属于开路、正常、不稳定、稳定和短路放电状态的隶属度值分别为0.09,0.12,0.23,0.66和0.72;按照模糊隶属度值最大原则,并且目标类别的隶属度值与其他类别的隶属度值的差值必须大于0.1,系统不能判断间隙处于何种放电状态。
当峰值电流作为单一输入数据,情况类似。
但当间隙电压和峰值电流同时作为输入数据时,仿真输出属于开路、正常、不稳定、稳定和短路放电状态的隶属度值分别为0.08,0.11,0.22,0.42和0.83,按照上述的2个规则,系统作出判断,目前的放电状态为短路。
表1 单一传感器与双传感器系统仿真结果对比目标传感器隶属度值开路正常不稳定稳定短路结果短路间隙电压0.090.120.230.660.72未知峰值电流0.040.130.280.670.74未知双传感器0.080.110.220.420.83短路稳定电弧放电间隙电压0.080.270.610.690.19未知峰值电流0.110.210.680.760.22未知双传感器0.120.180.470.810.23稳定不稳定电弧放电间隙电压0.280.640.720.180.11未知峰值电流0.240.710.800.170.19未知双传感器0.290.580.790.240.15不稳定正常放电间隙电压0.590.680.170.160.10未知峰值电流0.670.750.160.140.11未知双传感器0.550.890.270.180.16正常4 结论我们知道,电火花精加工较之常规电火花加工的波形会发生了严重的畸变,以致单一传感器识别系统不难识别放电状态或识别正确率不高;通过表1给出的对比,我们可以看出,当采用间隙电压和峰值电流作为检测信号时,将这2种信号所含的信息都充分利用,(下转第58页)表2是测得的压缩机循环性能系数C OP,经过功率因数校正之后的C OP有所下降,每个转速的C OP下降约为0 1。