[发明专利]一种电火花数字化脉冲电源的加工脉冲宏观控制方法

摘要

一种电火花数字化脉冲电源的加工脉冲宏观控制方法，第一步，检测并获得数据，包括检测放电间隙平均电压，检测放电率、空载率及短路率，平均放电率（Fp_平）、平均空载率（Kp_平）、平均短路率（Dp_平）计算，以及检测放电异常率（Ap）；第二步，统计分析，产生三个评价参数；第一个评价参数为反映放电加工稳定性的稳定性变量，第二个评价参数为反映放电加工效率的加工效率变量（Ep），第三个评价参数为反映放电加工发生异常概率大小的放电异常率（Ap）；第三步，控制，针对第二步中的三个评价参数，给出相应的控制策略，即同时进行异常控制、稳定性控制和加工效率控制。本发明提供了一种利用软件算法，智能化宏观控制脉冲电源的方法。

主权项

1.一种电火花数字化脉冲电源的加工脉冲宏观控制方法，其特征在于：在电火花加工过程中，首先，对一段时间内的放电状态进行检测；其次，对检测数据进行统计分析；然后，采用相应的控制策略对加工参数进行调整；如此往复循环，从而保证放电加工持续、稳定和有效的进行；具体检测、统计分析及控制策略如下：第一步，检测并获得数据（1）检测放电间隙平均电压事先设定一个第一数据缓冲区，该第一数据缓冲区包含J个单元，其中，J为大于或等于8且小于或等于64的正整数；在每个采样周期中，利用分压电路采集放电间隙两端的瞬间电压值，接着通过A/D转换电路将该瞬间电压值的模拟量转换为数字量，并将该瞬间电压值的数字量暂存到第一数据缓冲区的一个单元中；不同采样周期获得的瞬间电压值的数字量按采样时间先后顺序，依次暂存到第一数据缓冲区的J个单元中；对应每个采样周期，计算出J个单元中当前数据的算术平均值，从而获得当前采样周期对应的放电间隙平均电压（Va）；同理，在下一个采样周期，将最新获得的J个单元中暂存的数据进行算术平均，得出该采样周期对应的放电间隙平均电压（Va），以此循环往复，获得每个采样周期对应的放电间隙平均电压（Va）；然后，利用以下公式1计算得到放电间隙电压变化率（Vp）：Vp ={Va(k)‑Va(k‑1)}‑{Va(k‑1)‑Va(k‑2)}           公式1以上公式1中：Vp表示放电间隙电压变化率；k表示当前采样周期，k‑1表示上一个采样周期，k‑2表示再上一个采样周期；Va(k)表示对应当前采样周期的放电间隙平均电压；Va(k‑1)表示对应上一个采样周期的放电间隙平均电压；Va(k‑2)表示对应再上一个采样周期的放电间隙平均电压；（2）检测放电率、空载率及短路率利用两个电压比较器，将所述瞬间电压值的模拟量同时与两个不同电压阈值的基准电压分别进行比较，获得两个逻辑信号，再通过逻辑运算电路对两个逻辑信号进行运算，从而获得能区分瞬间放电间隙状态所对应的三个信号，即放电信号、空载信号和短路信号；接着，利用三个具有同一基准频率的锁存器，将所述三个信号分别锁存，获得能反应一个采样周期内的真实加工状态的三个状态信号，然后将这三个状态信号分别作为具有同一基准频率的计数器的门控信号；在一个采样周期内，三个计数器的门控信号中有且只有一个是计数有效信号，当某个计数器的门控信号为有效信号时，该计数器的计数值加一，其余两个计数器的计数值保持不变；定义L个采样周期为一个检测周期，其中，L为大于或等于500且小于或等于5000的正整数；在一个检测周期内，这三个计数器的计数值分别反映了放电间隙呈现放电、空载和短路这三种状态的次数值，然后分别将三种状态的次数值与三种状态的次数值之和的比值定义为放电率（Fp）、空载率（Kp）及短路率（Dp），接着，将放电率（Fp）、空载率（Kp）及短路率（Dp）对应的值输出至微处理器；在一个检测周期完成后，将三个计数器分别清零，进入下一个检测周期并按上一个检测周期再次进行检测计数，以此循环往复；（3）平均放电率（Fp_平）、平均空载率（Kp_平）、平均短路率（Dp_平）计算事先，设定三个第二数据缓冲区，各第二数据缓冲区均包含N个单元，其中，N为大于或等于8且小于或等于64的正整数；将每个检测周期获得的放电率（Fp）、空载率（Kp）及短路率（Dp）对应暂存到三个第二数据缓冲区的一个单元中；不同检测周期获得的放电率（Fp）、空载率（Kp）及短路率（Dp）按检测周期的先后顺序，依次分别暂存到三个第二数据缓冲区的N个单元中；对应每个检测周期，计算出N个单元中当前数据的算术平均值，从而获得当前检测周期对应的平均放电率（Fp_平）、平均空载率（Kp_平）、平均短路率（Dp_平）；同理，在下一个检测周期，将最新获得的N个单元中暂存的数据进行算术平均，得出该检测周期对应的平均放电率（Fp_平）、平均空载率（Kp_平）、平均短路率（Dp_平），以此循环往复；（4）检测放电异常率（Ap）首先，进行放电间隙电压检测，即，在加工脉冲的放电间隙内，定时向放电间隙两端施加一个探测脉冲，该探测脉冲为矩形波电压信号，脉冲宽度落在同一所述放电间隙内；探测脉冲发出后，并且在同一所述放电间隙内，定时检测放电间隙两端的瞬时电压，得到一个对应该瞬时电压的探测值；其次，进行放电间隙状态判断，即，将所述探测值与预先设定的衡量放电间隙状态的阈值进行比较，从而判断此放电间隙目前所处的消电离状态，当探测值落在预先设定为较好的区间内时，则认为此时放电间隙的消电离状态较好，相反，则认为此时放电间隙的消电离状态不好；再者，事先设有异常状态计数器，在每个采样周期内，当消电离状态不好时，该异常状态计数器加一，当消电离状态较好时，该异常状态计数器保持原值不变；每过M个采样周期，M为脉冲周期的整数倍，微处理器读取异常状态计数器的计数值，并将该计数值与M之比作为放电异常率（Ap）；第二步，统计分析，产生三个评价参数第一个评价参数为反映放电加工稳定性的稳定性变量，如果系统运行相对稳定，则所述放电间隙电压变化率（Vp）趋近于0；反之，所述放电间隙电压变化率（Vp）的绝对值越大，则说明系统越不稳定；预先设定两个不同的稳定性变量阈值，将放电加工稳定性分成三个区间，这三个区间分别表示放电加工稳定性为优、良和差三种状态，然后，将每个检测周期的放电间隙电压变化率（Vp）的值分别与两个不同的稳定性变量阈值进行比较，从而判断出对应检测周期的放电加工稳定性的状态；第二个评价参数为反映放电加工效率的加工效率变量（Ep），然后，利用以下公式2计算得到对应检测周期的加工效率变量（Ep）：Ep= Fp_平‑（Dp_平+Kp_平）        公式2以上公式2中：Ep表示对应检测周期的加工效率变量；Fp_平表示对应检测周期的平均放电率；Dp_平表示对应检测周期的平均短路率；Kp_平表示对应检测周期的平均空载率；第三个评价参数为反映放电加工发生异常概率大小的放电异常率（Ap），预先设定两个不同的随机异常干扰变量阈值，将放电加工发生异常概率的大小分成三个区间，这三个区间分别表示发生异常概率为高、中和低，然后，将每个检测周期的放电异常率（Ap）的值分别与两个不同的随机异常干扰变量阈值进行比较，从而判断出对应检测周期的放电加工发生异常概率的情况；第三步，控制在每个检测周期中，针对第二步中的三个评价参数，给出相应的控制策略，该控制策略为同时进行异常控制、稳定性控制和加工效率控制，其中，异常控制的优先级最高，稳定性控制的优先级次之，加工效率控制的优先级最低；（1）异常控制所述异常控制的执行依据为放电加工发生异常概率，并按从高到低的优先顺序，依次执行以下操作：①提高伺服给定电压（Vg）；②加大定时抬刀（Sa）；③开启震动抬刀（Sb）；④增加脉冲停歇（Toff）；⑤开启包络参数（Bv）；⑥开启清扫脉冲（Cr）；在当前放电加工发生异常概率为高时，执行上一个检测周期对应控制操作的次高级操作；在当前放电加工发生异常概率为中时，则保持上一个检测周期的执行操作；在当前放电加工发生异常概率为低时，则终止执行所有操作，以此类推；（2）稳定性控制所述稳定性控制的执行依据为稳定性变量，并按从高到低的优先顺序，依次执行以下操作：①提高伺服给定电压（Vg）；②加大定时抬刀（Sa）；③开启震动抬刀（Sb）；④增加脉冲停歇（Toff）；⑤开启包络参数（Bv）；在当前稳定性变量为差时，执行上一个检测周期对应控制操作的次高级操作；在当前稳定性变量为良时，则保持上一个检测周期的执行操作；在当前稳定性变量为优时，则终止执行所有操作，以此类推；（3）加工效率控制所述加工效率控制的执行依据为加工效率变量（Ep），并通过增大或减小伺服给定电压（Vg）来实现；将当前加工效率变量（Ep）的值与上一个检测周期的加工效率变量（Ep）的值进行比较，若当前加工效率变量（Ep）的值大于上一个检测周期的加工效率变量（Ep）的值时，则在上一个检测周期的伺服给定电压（Vg）的基础上做同向调整，当上一个检测周期的伺服给定电压（Vg）为增大调整时，当前则继续增大；当上一个检测周期的伺服给定电压（Vg）为减小调整时，当前则继续减小；若当前加工效率变量（Ep）的值等于上一个检测周期的加工效率变量（Ep）的值时，则不作调整；若当前加工效率变量（Ep）的值小于上一个检测周期的加工效率变量（Ep）的值时，则在上一个检测周期的伺服给定电压（Vg）的基础上做反向调整，当上一个检测周期的伺服给定电压（Vg）为增大调整时，当前则做减小调整；当上一个检测周期的伺服给定电压（Vg）为减小调整时，当前则做增大调整。