新型电火花成形加工脉冲电源及其控制策略研究

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电火花成形加工是一种应用于新型材料、复杂结构和精密零部件加工的特种加工技术,在航空航天、机械加工、模具制造等领域扮演着不可或缺的角色。脉冲电源是实现电火花放电能量调控的关键装置,其放电能量的控制能力决定了电火花成形的加工质量与加工效率。因此,本文重点研究电能利用率高、放电能量注入形式和电参数实时可控的新型脉冲电源拓扑及其能量控制策略。基于电火花成形加工的间隙特性分析和具体加工需求,本文通过仿真分析与实验对比的方法建立了间隙等效电气模型,提出一种高低压复合型脉冲电源。其中高压击穿回路采用Boost变换器,在击穿延时阶段输出可调高压;脉冲电源主回路采用多路交错并联同步整流Buck变换器控制放电能量;通过间隙击穿判断进行高低压回路的切换控制。同时,为了提升新型脉冲电源的动态性能和控制的灵活性,提出一种改进的线性非线性控制策略(Linear-non-linear Control,Ln Lc)。将间隙电压、电流、脉冲宽度、脉冲频率等参数作为控制变量,实现线性控制与非线性控制的快速切换。其中非线性控制采用饱和占空比的工作方式,最大程度地提升了脉冲电源的动态响应能力和有害脉冲的快速处理能力。线性控制通过高频开关方式控制放电电流波形,实现单周期放电能量的连续可控。基于搭建的新型脉冲电源实验平台,本文通过加工实验实现了峰值电流控制的三角波、平均电流控制的矩形波和电流滞环控制的锯齿波三种加工电流波形,验证了新型脉冲电源拓扑的可行性及其控制策略的有效性,并通过工艺实验探究了加工表面质量与电流脉宽和电流峰值的关系。
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