【摘 要】
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与传统机械加工不同的是电火花加工依靠火花放电,加工过程中电极不与工件接触,而是通过工具电极与工件之间产生的火花放电瞬间的高温来融蚀工件,具有不受限于工件材料硬度和强度要求的优点。由于其独特的加工优势,在精密机械加工领域得到了飞速发展。针对电火花加工效率低的问题,本文介绍了一种可以结合电火花机床进行电火花加工的5自由度磁悬浮驱动器。磁悬浮驱动器内部动子可以夹住电极进行完全悬浮状态下的5自由度移动,采
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与传统机械加工不同的是电火花加工依靠火花放电,加工过程中电极不与工件接触,而是通过工具电极与工件之间产生的火花放电瞬间的高温来融蚀工件,具有不受限于工件材料硬度和强度要求的优点。由于其独特的加工优势,在精密机械加工领域得到了飞速发展。针对电火花加工效率低的问题,本文介绍了一种可以结合电火花机床进行电火花加工的5自由度磁悬浮驱动器。磁悬浮驱动器内部动子可以夹住电极进行完全悬浮状态下的5自由度移动,采用变论域模糊PID控制技术对磁悬浮驱动器进行位移控制,实现高速精密的定位,提高加工速度。首先,介绍了磁悬浮驱动器的总体结构,阐述了磁悬浮驱动器的工作原理。对磁悬浮驱动器的径向电磁力和轴向电磁力进行了仿真和实验对比分析,得到了磁悬浮驱动器的位移刚度系数和电流刚度系数,建立了磁悬浮驱动器的数学模型。其次,在MATLAB/Simulink搭建了PID控制系统,对磁悬浮驱动器的Z、X（Y）、θ（φ）方向进行了位移控制仿真实验,由于PID控制器对于非线性、时变性的对象的控制效果欠缺而引入了模糊控制,在模糊控制过程中动态调节PID参数,改善了控制效果。针对模糊PID控制比例因子和量化因子一旦预设,控制过程中无法改变的缺陷,提出了变论域模糊PID控制,利用伸缩因子对比例因子和量化因子进行实时调节,提高了系统控制精度和调节速度,有效降低了超调。搭建了位移控制实验平台,分别对磁悬浮驱动的5个自由度进行位移控制实验,实验和仿真结果验证了变论域模糊PID的优越性。最后,搭建了电火花加工控制实验平台,将磁悬浮驱动器结合到电火花机床上作为电火花加工过程的局部执行机构,对磁悬浮驱动器采取PID控制、模糊PID控制、变论域模糊PID控制三种控制策略进行了加工实验,由实验结果对比分析可知,相较于传统电火花机床加工,采用磁悬浮驱动器变论域模糊PID控制策略加工能够有效的加快系统响应速度,加工效率提高了41.1%。
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