[发明专利]一种超声波车削装置跟踪频率的确定方法及系统

说明书

本发明公开一种超声波车削装置跟踪频率的确定方法及系统。本发明提供的超声波车削装置跟踪频率的确定方法，首先根据超声波车削装置中换能器端的电流和电压的相位差和给定相位差确定系统的跟踪误差；然后建立超声波车削装置的系统模型，系统模型用于表征电流和电压的相位差与跟踪频率的关系；最后根据实测的相位差和系统模型，采用自适应模糊控制方法确定超声波车削装置跟踪频率。实际应用中，将给定的相位差设置为零即可得到所需的谐振频率，从而实现谐振频率的跟踪。本发明对非线性超声波车削装置进行模糊建模，采用自适应模糊控制方法对模型中的未知函数进行逼近，抗干扰能力强，能够实现高精度跟踪谐振频率的目的。

技术领域

本发明涉及超声波技术领域，特别是涉及一种超声波车削装置跟踪频率的确定方法及系统。

背景技术

超声波振动车削加工系统主要由机床和超声波振动装置两大部分构成。其中超声波振动部分包括：超声波发生器、超声波换能器、超声波调幅器、刀具及其它必需的零部件。超声车削装置的工作原理是：使车刀获得一定振幅的超声振动，将超声振动系统和车刀固定在刀架上实现超声车削加工。

由于换能器本身有一个固有的谐振频率，超声波发生器只有及时跟踪换能器的谐振频率，才能确保超声波振动车削加工系统运行在稳定、高效的状态下。而超声波换能器随着温度、环境、元件的老化等因素会导致其谐振频率发生漂移，从而使超声波发生器无法自动跟踪谐振频率。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波车削装置跟踪频率的确定方法及系统，其抗干扰能力强，能够实现高精度跟踪谐振频率的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超声波车削装置跟踪频率的确定方法，所述确定方法包括：

获取超声波车削装置中换能器端的电流数据、电压数据和给定相位差；

根据所述电流数据和所述电压数据确定实测相位差；

根据所述实测相位差和所述给定相位差确定跟踪误差；

建立超声波车削装置的系统模型，所述系统模型用于表征换能器端的电流和电压的相位差与跟踪频率的关系；

根据所述实测相位差和所述系统模型，采用自适应模糊控制方法确定超声波车削装置的跟踪频率。

可选的，所述根据所述电流数据和所述电压数据确定实测相位差之前，还包括：

采用限幅平均滤波方法对所述电流数据和所述电压数据进行滤波处理，获得滤波后的电流数据和滤波后的电压数据。

可选的，所述系统模型为：

其中，y表示换能器端的电流数据和电压数据的相位差，u表示跟踪频率，n表示当前采样时刻的序号，表示第一状态转移矩阵函数，表示第二状态转移矩阵函数。

可选的，所述根据所述实测相位差和所述系统模型，采用自适应模糊控制方法确定超声波车削装置的跟踪频率，具体包括：

根据公式：确定跟踪误差向量，其中，E表示跟踪误差向量，e＝y_m-y(n)，y_m表示给定相位差，y(n)表示第n个采样时刻的实测相位差，q表示超声波车削装置的阶次；

获取任意正定矩阵Q，并根据公式A^TP+PA＝-Q，确定正定矩阵P，其中，且sⁿ+k₁s^n-1+…k_q-1s+k_q＝0的根均在复平面的左半开平面，K＝(k₁,…,k_q)，K表示增益；

根据所述正定矩阵P的最后一列元素确定模糊控制参数；