艦船機械部件數控加工精度控制探究

前言：本站為你精心整理了艦船機械部件數控加工精度控制探究范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要:針對當前艦船機械部件數控加工精度控制方法的數控電機與控制器同步差值較大，導致部件數控加工精度控制穩定性和準確性下降，影響高精度部件的良品率的問題，提出艦船機械部件數控加工精度控制方法。采集數控作業過程中設備作業相關參量數據，優化數控設備控制信號，引入非平穩機械特征信號特征算法，規范數控設備作業量。提取數控設備振動產生脈沖信號對應系數量，計算數控設備作業過程中電機轉速控制變量，優化作業電機轉速控制量。根據數控設備控制的PID控制邏輯，同步校對控制器控制信號，完成艦船機械部件數控加工精度控制。實驗結果表明，本控制方法的數控電機與控制器同步差值較小，能夠有效提高部件數控加工精度控制穩定性和準確性。

關鍵詞：艦船機械部件；數控加工；精度控制

0引言

目前艦船應用領域的不斷擴展，艦船功能與結構設計越發復雜，高精度機械部件應用率大幅度提升。高精度機械部件的制作對數控加工精度控制要求較高，當前數控加工精度控制方法，已經無法適應高精度部件作業過程中的控制操作[1]。為此，提出一種新的艦船機械部件數控加工精度控制方法，實現對艦船高精度機械部件作業過程的精度控制。

1艦船機械部件數控加工精度控制方法

1.1數控設備作業量規范。首先對數控作業過程中設備作業相關參量進行數據采集，利用數據挖掘計算方式，對不同作業過程中的數據變量進行適應性分析，完成對數控設備作業量的規范。具體計算步驟如下：令數控設備在加工高精度機械部件作業過程中，部件最大加工曲面張度為R，控制輸出的部件磨損系數量為i，瞬態控制的設備響應系數為o。根據數控設備的PID控制結構特點，對數控作業過程中各環節對應系數量進行校對，計算公式如下：A=∑∑12log(R−o√i)。(1)∆R根據控制信號的非線性特征，對控制信號的識別特征進行適應性優化，引入非平穩機械特征信號特征算法[2]，令數控設備作業過程中的控制信號誤差量為。當數控設備控制信號中存在c條控制指令時，其作業操作參量與控制量之間的幾何公差為x，設備作業執行效果的公差為u。n代表數控設備在作業過程中所有可能發生情況的總偏差系數量，則進一步對數控設備作業過程參量進行高精度計算，可得到：J=A∑lim1→∞log∆R−n2(c+u+x)n−1+n，(2)t′∆y當加工器件為螺紋器件時設備作業產生振動所對應的脈沖系數總量定義為，全局技工周期為，此時數控設備的控制量最佳系數為q，得到數控設備作業過程中具有適應性的控制作業：l=∏J−t′∑∑(c,u,x)∑∑lim1−∞√(y/q−1)−i。(3)二次結合數控設備PID控制結構特點與Matlab數學分析模型特征[3]，得到具有PID數據控制特征的數控設備作業量規范模型，具體如圖1所示。圖1PID數據控制特征的數控設備作業量規范模型Fig.1SpecificationmodelofCNCequipmentworkloadbasedonPIDdatacontrolcharacteristics根據上述建立模型規范，可對數控涉筆作業過程中的作業電機轉速與控制器信號相關量，在同步層面上進行進一步的高精度優化與調校。

1.2作業電機轉速控制量優化。令數控設備作業過程中電機控制量的對應轉速的d′d′(0,1]插值斜率為。并對的取值范圍進行定義約束，約束條件為，當其值處于定義約束范圍內時，數控設備電機轉速狀態隸屬于直線插值補償狀態[4]，此時對其狀態進行計算，可得到：b=1∏2(d′+l)−1。(4)jzSnk對此過程中的設備振動產生脈沖信號進行對應系數量的提取，并將其均值量定義為，此時設備作用過程中脈沖信號觸發的電機轉速變化可記作，對其進行變量的連續采集，并對采集數值進行迭代循環編碼，其編碼值定義為k，由此可計算得到數控設備作業過程中的電機轉速控制變量的標準系數為：∆α=∑lim0→∞log(jz−1)2k√b+Snk+1。(5)

1.3控制器同步校對。根據PID控制器的控制信號特征，對控制目標函數進行自適應反饋變量的計算，利用電機作業過程中的轉動轉換的慣量耦合對控制器進行二階離散計算，實現控制信號與執行變量的同步。通過下列公式對電機作業過程中的自適應反饋轉矩誤差控制函數進行PID控制：gj=gjsi(c1(l)−b(l),c2(l),t,j0)，c1(l+1)=c1(l)+jc2(l)，c2(l+1)=c2(l)+jgj。(6)c1c2j0式中：b為控制器探測頭采集的電機作業載入信號；為經過控制器誤差轉換后的反饋輸出控制信號；為控制器調制過程中輸出的一階目標函數；j為電機控制信號的同步迭代步長，其中補償決定控制信號的誤差大小，對其進行自適應加權系數量導入，通過計算獲得電機對應控制器的同步超調系數量，使其滿足濾波單變量系數，當j值為恒定系數量時，可改變電機作業過程中的阻尼系數量大小，獲得控制器的自抗誤差輸出量，其計算公式為：B=adlglvSeSvσlryKvo+lχl1Mtξtln(tt+ah+aett−az)。(7)σlry=1+πη(tt+ah+ae)/(qad)j0j0其中：為控制器輸出信號的局部功率，，增大并對其信號進行濾波；j，與雙通道下的控制系數量保持一致，t為動態系數量，通過計算可得到電機控制狀態下與控制器之間的同步誤差計算公式為：根據上述同步誤差計算公式，對控制量中的r值進行提升，進一步可以將其過程描述為非線性反饋補償過程，其過程可描述為：β1β2ε1ε2m0lqls式中：，，，，為耦合關系量的動態系數；，為控制器與電機之間關于轉矩與磁場的控制系數比與目標函數系數量。

2實驗分析

通過與當前數控加工精度控制方法的數據對比，證明提出方法的有效性。實驗分為控制穩定性測試與控制準確性測試兩部分。為了保證測試數據的統一性，均采用仿真測試工具，在仿真測試場景下完成。

2.1數控加工精度控制方法穩定性測試。在仿真測試工具中創建測試場景，測試場景數據來源于數控加工機械部件的經驗數據；在測試場景中生成10組高精度加工數據，分別由當前數控加工精度控制方法與提出的數控加工精度控制方法對其作業過程進行模擬操作，在操作過程中記錄2種方法的控制器輸出系數量的變化數值，根據控制器輸出系數量變化對比，得出實驗結論。對比結果如表1所示。可以看出，提出的數控加工精度控制方法，在數控設備作業過程中，對電機控制量輸出上波動較小，整體數值差較小，且相鄰數值差均小于當前控制方法，整體控制穩定性較高。

2.2數控加工精度控制方法準確性測試。此次測試仿真工具記錄數據為控制器控制系數與電機執行系數，通過對比控制器與電機執行系數之間的差值，判定控制方法的準確定，對比結果如表2所示。可知2種方法的控制器輸出量與電機執行系數之間的差值對比可以看出，提出方法的控制量與電機執行系數能夠保持一致，做到了控制信號的高度同步，由此可以證明提出方法具有提升控制準確性的效果。

3結語

本文對提出的艦船機械部件數控加工精度控制方法研究過程，進行了數據計算與數據變量優化過程的描述，通過數據對比實驗證明了提出方法的有效性與可行性。本文研究為數控加工與發展，提供一種可行性方案，同時對數控高精度控制研究，提供一種新的研究思路。

參考文獻：

[1]趙亮,雷默涵,朱星星,等.高精度數控機床主軸系統熱誤差的控制方法[J].上海交通大學學報,2020,54(11):1165–1171.

[2]郭志研,夏加寬,高峰.菲迪亞數控機床機械諧振問題及抑制方法研究[J].制造技術與機床,2020(1):194–197.

[3]徐意鈞,張強,呂振華,等.基于強化學習的機械臂關節高精度控制方法研究[J].空間控制技術與應用,2020,46(1):37–42.

[4]況康,郭婕,馬俊翰,等.數控機床基礎部件幾何精度實時監測技術研究[J].組合機床與自動化加工技術,2020(8):5–7+11.

作者:侯小兵 單位:河南應用技術職業學院機電工程學院