一种基于磨轮振动频率特性的恒功率磨削控制方法

摘要

本发明公开了一种基于磨轮振动频率特性的恒功率磨削控制装置及方法，本发明在频谱分析后提取其磨削振动的特征值，进行磨削负载的辨识。若磨削功率的变化在允许的范围内，则将磨轮杆杆心的振动曲线、频谱分析的信息、进给速度、工作转速及工件材料等信息汇入专家库。若功率变化过大，则进行模糊决策，输出的Δu产生一脉宽调制(PWM)信号，该脉宽调制(PWM)信号控制伺服驱动器控制进给伺服电机的进给量，达到恒功率磨削的目的。本发明机械结构简单，安装方便，拆卸灵活，对原有磨床的固有结构影响小。自适应能力强，适用于各种工作状况，提高了生产效率。

主权项

一种基于磨轮振动频率特性的恒功率磨削控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一：信号的采集和预处理在数控磨床运行过程中，水平方向的电涡流传感器和垂直方向的电涡流传感器检测磨轮杆颤振偏移量，分别输出模拟量信号值x(t)和y(t)；上述的信号值经由ADAM‑3968接线端子传送到PCI‑1716采集卡，其采样频率为1k；PCI‑1716采集卡对所述的信号值x(t)和y(t)进行滤波、放大、隔直和A/D转换，输出的数字信号x₂(t)和y₂(t)；数字信号x₂(t)和y₂(t)通过PCI接口，传输至PC内进行数字信号处理；步骤二：求取两个振动信号的相关函数$R_{xy}\left(k\right)=\frac{1}{N-k}\underset{t=1}{\overset{N-k}{\Sigma }}{x}_2\left(t\right)y_2(t+k)---\left(1\right)$式中：N为采样周期T内的采样数据量；x₂(t)是t时刻水平方向的振动；y₂(t)是t时刻垂直方向的振动，0≤k＜N，k为常数；步骤三：求取两个振动信号的互功率谱密度函数$S_{xy}\left(k\right)=\frac{1}{N}\underset{t=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{R}_{xy}\left(k\right)e^{-j2\pi kt/N}---\left(2\right)$由此可以得到磨轮杆的振动能量在各频率上的分布，信号处理结束；步骤四：磨削振动特征提取在获得的功率谱上选取5个特征参数，为功率最大的两个A₁,A₂和功率最小的两个A₃,A₄及一个平均功率A；5个特征参数组成输入变量论域UU＝{A₁,A₂,A₃,A₄,A}；步骤五：磨削负载模糊辨识设定U中各元素隶属度组成模糊向量EE＝{μ_u1,μ_u2,μ_u3,μ_u4,μ_u5}计算参数CC＝μ_u1/A₁+μ_u2/A₂+μ_u3/A₃+μ_u4/A₄+μ_u5/A(3)当C大于阀值D时，进行步骤六；如果C不大于阀值D，则将相关信息保存至专家库；阀值D通过大量的分析数据得到；步骤六：模糊决策隶属度E可以从测量数据通过隶属度函数求得，采用升半柯西型隶属度函数；$\mu \left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& \left(x\le a\right)\\ 1-\frac{1}{1+\alpha {(x-a)}^{\beta }}& (x>a,\alpha >0,\beta >0)\end{array}\right.---\left(4\right)$输出变量的论域为VV＝{u₁,u₂,u₃,u₄,u₅,u₆}V中各元素的隶属度组成模糊向量BB＝{μ_v1,μ_v2,μ_v3,μ_v4,μ_v5,μ_v6}B、E通过模糊关系矩阵R相互联系，模糊关系矩阵通过大量的分析、实验、测试可以得到；最后使用式(5)进行综合评判，根据隶属度最大原则，即可判别输出的Δu；输出的Δu产生一脉宽调制(PWM)信号，该脉宽调制(PWM)信号控制伺服驱动器控制进给伺服电机的进给量，达到恒功率磨削的目的。