基于MATLAB模糊控制的微小电加工放电状态识别研究

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摘?要 本文在总结微小电火花加工放电状态规律的基础上，采用糊控制技术对放电状态进行模糊辨识检测；利用matlab的FUZZY模块设计放电状态模糊检测控制器，并进行了仿真模拟，得到了良好的辨识结果，通过把本文设计的放电状态模糊检测控制器用于微细孔加工实验中，与传统的放电状态检测方法相比，得到了比较好的加工效果，并且明显的缩短了加工的时间，提高了加工效率。

关键词 微小电火花；放电状态；模糊规则；电压；电流

中图分类号 T233 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0102-02

电火花加工过程实质上就是工具电极和工件电极之间放电间隙调整的过程，即通过调整间隙大小使加工稳定进行，最终达到要求的加工尺寸与精度。放电间隙状态的变化直接影响到加工质量、加工稳定性和加工效率；检测工具电极与工件之间的间隙放电状态是放电状态检测模块最为主要的作用，这也是为控制系统能发出伺服控制信号提供了有利的依据。良好的间隙放电状态检测技术是作为加工过程中能否进行高效的伺服控制的关键因素存在的，因此先进的检测环节是不论哪种先进控制技术的基础条件。

1 微小电火花放电状态检测提出

微小电火花加工是个极其复杂的过程，由于脉冲电源的放电频率高、放电能量小、其放电波形容易产生畸变，在常规电火花放电状态下，由于放电信号稳定，随机干扰信号相对于正常的放电信号弱得多，因此检测非常有效。而在微小电火花加工中，放电加工的脉冲与常规电火花加工有所不同，其脉冲的宽度很小，一般可达1μs，受到的外界干扰比较大，而且在加工过程中，随着加工深度的变化，排屑愈发的困难，放电波形极易发生畸变，因此常规检测方法不再适用，需要设计新的辨识方法。

2 放电状态模糊辨识方法的提出

不同的放电间隙状态有不同的加工性能，常规检测方法不再适用于小细电火花加工领域，因为这些方法大多只是检测单一放电参数，不能充分利用间隙放电时所包含的全部或者部分信息。Y.S.Tarng提出利用放电电压和电流信号通过模糊规则对电火花加工放电间隙状态进行检测，此方法虽然能对放电点进行准确检测，但仍存在一个很大缺陷，因此本文中提出的同事检测电压和电流，根据模糊规则中的两者关系，状态检测的不确定性也通过信号互补予以消除，以此确定放电点的放电状态，在分析和确定单个脉冲的放电状态时需要对单个脉冲的各个放电点状态进行逐一统计，在此基础上统计各种放电脉冲的状态，为电极进提供依据。

3 放电点的模糊辨识

电火花加工时的电压信号与电流信号是放电状态的模糊辨识系统的输入参数，结合专业的推理加之两种信号之间的互补性予以完成。电压信号与电流信号是作为一组练习的数据点，是告诉集采卡同步采集传入计算机的离散信号。根据放电间隙脉冲的波形特点，开路、花花、脉间以及短路是将采集点划分成的四种状态。

隶属度函数的确定，应该能客观地反映出模糊现象的具体特点，符合客观规律，三角形成了人们在处于简化计算角度考虑而将其定位许多模糊逻辑的隶属度函数，但是在实际的操作中钟形才是根据模糊统计法得到的隶属度函数，但是考虑到钟形函数的计算时间长并且是一个光滑函数，因此用计算时间较短且是分段光滑函数的梯形函数代替。

在考虑到微细电火花加工中火花放电与电弧放电的区别很小且放电平率高的特点，我们将火花放电与电弧放电归为一类，因为区别很小，所以这样划分不会影响到一组脉冲经过统计后五种状态的划分。三角形隶属函数是在模糊辨识模块逻辑输出中四种放电点状态的表现形式，具体的隶属度函数利用matlab的Fuzzy模糊控制模块设计如图2的（a），（b），（c）所示。

3.3 放电点状态的模糊规则的确定

根据电火花加工放电状态分类及其特征，并结合大量的实际加工经验，制定8条主要的模糊逻辑规则集，并设计如下表1所示的模糊控制规则表：

3.4 确定解模糊化方法

应用重心法及其表1的模糊控制规则进行matlab仿真模拟，得到下图3所示的电火花放电状态与输入电压和电流之间的三维曲线关系。从仿真结果的三维曲线图可以看出，放电状态的模糊控制效果比较好，为了更好地说明此模糊控制器的效果，下一节将进行一些验证性的实验。

4 实验验证

将本文提出的微细电火花加工放电状态检测方法应用于电火花加工实验装置中，通过进行一定量的电火花加工试验，与传统的电火花加工放电状态检测方法进行比较。为说明加工效果、并对上述两类检测控制方法进行比较，现对小孔电火花加工试验举例如下：

第一组：开启脉冲电源的30欧姆限流电阻，采用本文研究的“模糊检测控制方法”进行小孔加工试验，加工时间如表2所示。

从以上四组加工试验结果的对比可知：在相同的加工条件下，应用本文研究设计的模糊检测控制方法比应用传统检测控制方法的加工时间明显缩短，加工效率明显提高；并且，当

加工参数的设置与微细电火花加工参数越接近时，应用本文研究设计的检测控制方法的加工效率的提高就越为明显。

5 总结

本课题在传统的微小电火花加工放电状态检测与控制系统进行分析和研究的基础上，针对微细电火花加工过程中的高频放电、微能放电、复杂干扰及放电信号畸变严重等实际加工情况，提出了一种基于模糊逻辑的微小电火花加工放电状态检测方法。将该检测方法应用在微细电火花加工实验装置中进行应用，应用结果表明：本文提出的放电状态检测方法具有运算量少、加工效率高和准确性高等优点，该检测方法不但为放电加工过程的实时控制提供了系统放电状态的反馈输入，同时也为微小电火花加工放电状态预测的研究工作提供了良好的前提保证。

参考文献

[1]董涛.卧式微小型电火花加工装置设计及实验研究[J].哈尔滨工业大学,2006.

[2]楼乐明,文芳,明辉等.计算机仿真技术在电火花加工中的应用[J].电子工艺技术,1999,5,20(3).

[3]刘曙光,魏俊民,竺志超.模糊控制技术[J].中国纺织出版社,2001.

[4]褚静.模糊控制理论与系统原理[J].机械工业出版社,2005.