[发明专利]一种超高速超精密空气静压电主轴主动热控制系统及其方法

权利要求书

1.一种超高速超精密空气静压电主轴主动热控制系统的控制方法，所述超高速超精密空气静压电主轴主动热控制系统，包括：若干个温度传感器、数据采集与处理卡(12)、工业计算机(13)、工业控制器(14)、自动循环冷水机(17)、电磁比例阀(21)和液体流量计(20)；其中，所述自动循环冷水机(17)自身带有水泵和散热系统；

所述若干个温度传感器分别置于电主轴(23)的后径向轴承内套(1)中、内置电机定子线圈端部绕组(4)中、前径向轴承内套(6)中、左止推轴承(8)中、右止推轴承(11)中、进水口(18)和出水口(15)处；

所述数据采集与处理卡(12)分别和各个温度传感器以及液体流量计(20)相连，用于采集所述电主轴(23)的温度数据和冷却水(22)的温度和流量数据并提供给所述工业计算机(13)；

所述工业计算机(13)分别连接所述数据采集与处理卡(12)和所述工业控制器(14)，用于获取所述温度数据和流量数据并提供给所述工业控制器(14)；

所述工业控制器(14)分别和所述自动循环冷水机(17)和电磁比例阀(21)连接，用于根据所述温度数据和流量数据控制所述冷却水(22)的自动循环和温度调节；

所述电磁比例阀(21)和所述自动循环冷水机(17)连接，用于所述冷却水(22)的流量调节；在所述电磁比例阀(21)上方的进水管处设置有所述液体流量计(20)，用于实时监测冷却水(22)的流量；

置于后径向轴承内套、内置电机定子线圈端部绕组、前径向轴承内套、左止推轴承、右止推轴承的温度传感器的连接线通过同一走线通道(5)引出；其特征在于，

所述超高速超精密空气静压电主轴主动热控制系统的控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、采集后径向轴承内套(1)的温度T1、内置电机定子线圈端部绕组(4)的温度T2、前径向轴承内套(6)的温度T3、左止推轴承(8)的温度T4、右止推轴承(11)的温度T5、出水口(15)的温度T6和进水口(18)的温度T7和冷却水(22)流量Q；

步骤2、采用多元回归方法分别建立所述后径向轴承内套(1)、内置电机定子线圈端部绕组(4)、前径向轴承内套(6)、左止推轴承(8)、右止推轴承(11)各处温度和电主轴(23)的转速n、冷却水进出口温差ΔT＝T6-T7、冷却水(22)流量Q以及时间t之间的温度场预测模型，如式(1)所示：

式(1)中，T_i0为常数项，C_ij为回归系数，ε_i为误差项；i＝1,2,…5；j＝1,2,…4；

步骤3、将所述温度场预测模型内置于工业计算机(13)中，通过实时计算，得到电主轴各部件的实时预测温度值；

步骤4、取电主轴(23)各部件实时预测温度值的平均值作为控制温度；

电主轴(23)启动后，当电主轴(23)各部件预测温度平均值低于预先设定的热平衡温度时，采用模糊神经网络和PID混合预测控制策略通过工业控制器(14)调节自动循环冷水机(17)和电磁比例阀(21)，使得所述电主轴(23)进入热平衡状态；

当电主轴各部件预测温度平均值高于预先设定的热平衡温度时，采用模糊神经网络和PID混合预测控制策略通过工业控制器(14)调节自动循环冷水机(17)和电磁比例阀(21)，同时，经温度传感器采集到的电主轴各部件处的温度平均值作为反馈，传送给工业控制器(14)对控制参数进行校正。