加負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，即Tm=TL，而磨削加工時(shí)的磨削力FdI過絲桿螺母副轉(zhuǎn)化為磨削力矩T。，成為負(fù)載轉(zhuǎn)矩的一部分，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為:
Tm=Tf+Tc+T0 Tf----折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩，
Tc----折算到電機(jī)軸上的磨削力矩，
To折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩；
Tf=
F-o—導(dǎo)軌摩擦力，
L0—滾珠絲杠導(dǎo)程， i 一傳動(dòng)比， η—傳動(dòng)鏈總效益；
To=
Fp0—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，
no—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率；
Tc =
Fe-進(jìn)給方向的最大磨削力，
所以Tm=，
可見，交流伺服電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與磨削削力之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)磨削力增大時(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也應(yīng)相應(yīng)增大，由于電磁轉(zhuǎn)矩與進(jìn)給伺服電機(jī)電流存在一定的線性關(guān)系，當(dāng)磨削力增大時(shí)，電流也隨之增大，反之亦然。通過測(cè)量進(jìn)給伺服電機(jī)的電流大小完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際磨削時(shí)磨削削力的間接測(cè)量；
所述建立數(shù)學(xué)模型的具體步驟為:
從理論上建立進(jìn)給伺服電流與磨削力的數(shù)學(xué)模型，通過兩個(gè)霍爾電流傳感器檢測(cè)伺服電機(jī)的兩相定子電流(，)，通過三相平衡電流公式(++=0)得出另外一相定子電流O，通過矢量變化O實(shí)現(xiàn)三相交流向單相直流(，，)的轉(zhuǎn)化，并通過該電流幅值的調(diào)整()實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩與外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩的平衡O，找出磨削力影響電流的信號(hào)，將該特征信號(hào)經(jīng)過矢量運(yùn)算送往自適應(yīng)控制器，經(jīng)過模糊控制算法對(duì)進(jìn)給速度倍率修調(diào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，最終達(dá)到自適應(yīng)控制的目的；
所述提取特征的具體步驟為:
(a )以偏差e和偏差的變化為輸入量，調(diào)節(jié)倍數(shù)Wkl、Wk2和Wk3為輸出變量，再以原始的比例因子Kl、K2和K3對(duì)偏差e和偏差的變化進(jìn)行量化并建立調(diào)整規(guī)劃表，將此表存儲(chǔ)于PC機(jī)的自適應(yīng)控制器中；
(b)查調(diào)整規(guī)劃表得出調(diào)整倍數(shù)wk1、wk2和Wk3，使比例因子Kl、K2和K3調(diào)整后形成、和，所述、和；
(c)用調(diào)整后的比例因子、和對(duì)偏差e和偏差的變化進(jìn)行重新量化；
(d)用重新量化的e和偏差的變化查控制表，得出控制量；
(e)用比例因子K3乘以電壓U即獲得新的控制量。
[0015]實(shí)施例:我公司主導(dǎo)生產(chǎn)的國家專項(xiàng)MKW5230A數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床，數(shù)控系統(tǒng)采用武漢華中848C型數(shù)控系統(tǒng)，所述自適應(yīng)控制器輸出的進(jìn)給速度修調(diào)率通過RS232C通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)從848C型數(shù)控系統(tǒng)的外置PC機(jī)內(nèi)存到CNC控制裝置內(nèi)存的直接傳送，在系統(tǒng)工作時(shí)，只需按輸入的值查詢相應(yīng)的表格，求出調(diào)節(jié)量Wkl、Wk2和Wk3，CNC控制裝置在每一個(gè)采樣周期內(nèi)讀取一次PC機(jī)中的自適應(yīng)控制器內(nèi)存區(qū)中的進(jìn)給速度修調(diào)率，并通過與設(shè)定進(jìn)給速度乘運(yùn)算，及時(shí)把運(yùn)算結(jié)果通過CNC控制裝置傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)單元，通過伺服驅(qū)動(dòng)單元控制各軸的進(jìn)給速度，來實(shí)現(xiàn)磨削力的自適應(yīng)控制，經(jīng)驗(yàn)證，機(jī)床操作大大降低了人為干擾因素，磨削效率也提高了近40%。
[0016]本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)和方法，顯著提高了磨削精度和工作效率，工作效率顯著提高了20-40%，具有結(jié)構(gòu)和方法新穎、控制精確、自動(dòng)化程度高、磨削精度高、避免人為因素干擾等優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種數(shù)控磨床磨削力自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有PC機(jī)、CNC控制裝置、RS232C通訊協(xié)議、電流檢測(cè)裝置、自適應(yīng)控制器和伺服驅(qū)動(dòng)單元，所述伺服驅(qū)動(dòng)單元經(jīng)CNC控制裝置控制，所述CNC控制裝置經(jīng)RS232C通訊協(xié)議與PC機(jī)相連接，所述自適應(yīng)控制器嵌入在所述PC機(jī)內(nèi)，所述電流檢測(cè)裝置與伺服驅(qū)動(dòng)單元相連接，所述電流檢測(cè)裝置是由霍爾傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和測(cè)量電阻組成，所述霍爾傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元的兩相定子電流，將測(cè)得的電流信號(hào)通過測(cè)量電阻轉(zhuǎn)化為低壓的電壓信號(hào)，再通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行變換，將合成電流信號(hào)的結(jié)果上傳至PC機(jī)中的自適應(yīng)控制器，自適應(yīng)控制器根據(jù)矢量合成電流信號(hào)所反應(yīng)出的加工狀態(tài)，并通過自適應(yīng)控制器中的自適應(yīng)模糊控制算法計(jì)算出進(jìn)給速度的修調(diào)率，再通過與自適應(yīng)控制器中設(shè)定的進(jìn)給速度乘運(yùn)算，自適應(yīng)控制器將運(yùn)算好的進(jìn)給速度修調(diào)率結(jié)果通過RS232C通訊協(xié)議傳送至CNC控制裝置，CNC控制裝置及時(shí)將運(yùn)算結(jié)果傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)單元，伺服驅(qū)動(dòng)單元自動(dòng)控制磨床各軸的進(jìn)給速度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控磨床磨削力自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述自適應(yīng)模糊控制算法包括電流檢測(cè)、建立數(shù)學(xué)模型和提取特征三個(gè)步驟，通過電流檢測(cè)裝置對(duì)影響加工效率和精度的伺服驅(qū)動(dòng)單元的物理量進(jìn)行檢測(cè)、建立數(shù)學(xué)模型和提取特征，自動(dòng)感知加工系統(tǒng)內(nèi)部的電壓信號(hào)狀態(tài)，以及通過外部的信號(hào)傳感器的輸入輸出指令，使系統(tǒng)快速做出智能決策，對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)單元的進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制， 其中，所述電流檢測(cè)的步驟為: 由機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程式得知，在穩(wěn)定磨削加工時(shí)，伺服電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)該與外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，即Tm=TL，而磨削加工時(shí)的磨削力FdI過絲桿螺母副轉(zhuǎn)化為磨削力矩T。，成為負(fù)載轉(zhuǎn)矩的一部分，機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為:Tm=Tf+Tc+T0 Tf----折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩， Tc----折算到電機(jī)軸上的磨削力矩， To----折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩；Tf= F-o—導(dǎo)軌摩擦力， L0—滾珠絲杠導(dǎo)程， i 一傳動(dòng)比， η—傳動(dòng)鏈總效益；To= Fp0—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷， no—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率； Tc = Fe-進(jìn)給方向的最大磨削力， 所以Tm=， 可見，交流伺服電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與磨削削力之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)磨削力增大時(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也應(yīng)相應(yīng)增大，由于電磁轉(zhuǎn)矩與進(jìn)給伺服電機(jī)電流存在一定的線性關(guān)系，當(dāng)磨削力增大時(shí)，電流也隨之增大，當(dāng)磨削力降低時(shí)，電流也隨之降低，因此，通過測(cè)量進(jìn)給伺服電機(jī)的電流大小完全能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際磨削時(shí)磨削削力的間接測(cè)量； 所述建立數(shù)學(xué)模型的具體步驟為: 從理論上建立進(jìn)給伺服電流與磨削力的數(shù)學(xué)模型，通過兩個(gè)霍爾電流傳感器檢測(cè)伺服電機(jī)的兩相定子電流(，)，通過三相平衡電流公式(++=0)得出另外一相定子電流O，通過矢量變化O實(shí)現(xiàn)三相交流向單相直流(，，)的轉(zhuǎn)化，并通過該電流幅值的調(diào)整()實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩與外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩的平衡O，找出磨削力影響電流的信號(hào)，將該特征信號(hào)經(jīng)過矢量運(yùn)算送往自適應(yīng)控制器，經(jīng)過模糊控制算法對(duì)進(jìn)給速度倍率修調(diào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，最終達(dá)到自適應(yīng)控制的目的； 所述提取特征的具體步驟為: (a)以偏差e和偏差的變化為輸入量，調(diào)節(jié)倍數(shù)Wkl、Wk2和Wk3為輸出變量，再以原始的比例因子Kl、K2和K3對(duì)偏差e和偏差的變化進(jìn)行量化并建立調(diào)整規(guī)劃表，將此表存儲(chǔ)于PC機(jī)的自適應(yīng)控制器中； (b)查調(diào)整規(guī)劃表得出調(diào)整倍數(shù)wk1、wk2和Wk3，使比例因子Kl、K2和K3調(diào)整后形成、和，所述、和； (c)用調(diào)整后的比例因子、和對(duì)偏差e和偏差的變化進(jìn)行重新量化； (d)用重新量化的e和偏差的變化查控制表，得出控制量； (e)用比例因子K3乘以電壓U即獲得新的控制量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)控磨床磨削力自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有PC機(jī)、CNC控制裝置、RS232C通訊協(xié)議、電流檢測(cè)裝置、自適應(yīng)控制器和伺服驅(qū)動(dòng)單元，所述伺服驅(qū)動(dòng)單元經(jīng)CNC控制裝置控制，所述CNC控制裝置經(jīng)RS232C通訊協(xié)議與PC機(jī)相連接，所述自適應(yīng)控制器嵌入在所述PC機(jī)內(nèi)，所述電流檢測(cè)裝置與伺服驅(qū)動(dòng)單元相連接，本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)，顯著提高了磨削精度和工作效率，工作效率顯著提高了20-40%，具有控制精確、自動(dòng)化程度高、磨削精度高、避免人為因素干擾等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G05B13/04, B24B51/00, G06F17/50
【公開號(hào)】CN105563329
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510941662
【發(fā)明人】李文鑫, 湯旭煒, 鄭曙光
【申請(qǐng)人】威海華東數(shù)控股份有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日