WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |

Энтропия H

Показатель Ляпунова

Коэффициент корреляции

0,875176

0,516356

0,752952

«Устоявшийся» режим

Фрактальная размерность D0

Энтропия H

Показатель Ляпунова

Коэффициент корреляции

0,907453

0,717644

0,559673

Критический режим

Фрактальная размерность D0

Энтропия H

Показатель Ляпунова

Коэффициент корреляции

0,876974

0,630381

0,668878

Изменение фрактальной размерности(рис.17) показывает, что стечением времени система переходит изустойчивого состояния в менее устойчивое.ПоказателиЛяпунова также при этом изменяются с = 0,0184 в начале обработкидо
= 0,02508 в конце обработки.

Анализ приведенных результатовисследований свидетельствует осуществовании между предложеннымикритериями и износом электрода, чтопозволяет проводить диагностику в процессе ЭЭО врежиме реального времени.

Шестаяглава посвящена разработкесистемы адаптивного управления дляэлектроэрозионного станка на основекритериев нелинейной динамики,включающаядиагностику фрактальнойразмерности,приведены результатыпрактической реализации работы.

Традиционноэлектроэрозионный станок, как объект автоматизации,рассматривается в виде трех тесновзаимосвязанных между собой системрегулирования: а) системы автоматическогорегулирования межэлектродногорасстояния;б) системы оптимального управленияэлектрической мощностью, вводимой в зонуобработки, для достижения максимальнойпроизводительности при изменяющейсяплощади обработки; в) системы автоматическогорегулирования частоты и тока для получениязаданногокачества поверхности в минимальноевремя.

Из этих систем перваянаходятся на стадии промышленногоприменения, вторая – частично на стадии промышленногоприменения и экспериментальногоопробованияи, наконец, последняя система – на стадииисследования.

Таким образом,традиционная схема автоматизацииэлектроэрозионных операций до настоящеговремени еще не реализована в полной мере иперспективы ее развития остаются под вопросом. Междутем, более эффективным видится подход вформировании единой, не разделенной наподсистемы, адаптивной системыуправленияпроцессом ЭЭО, созданной на общем принципеанализа устойчивости процесса обработки,оцениваемой в различных масштабахвремени.

Под устойчивостьюбудем понимать способность сохранять втечение заданного промежутка времени стабильнымитакие параметры ЭЭО, какпроизводительность, качество получаемойповерхности, точность формообразования истойкость электрода-инструмента, несмотря навозникновение в системе случайных илизакономерных возмущений.

Если обозначить черезp1, p2, …, pnпараметры, определяющие процесс ЭЭО,тогдадинамика процесса описываетсяобыкновенными дифференциальнымиуравнениями,которые могут быть решены относительнопроизводных по времени:

, (1)

где Y1, …, Yn – известные функциипеременных p1, p2, …,pn по времени t, удовлетворяющие условиямсуществования и единственности решения.Невозмущенному состоянию процессаотвечает определенное частноерешение

,, …,

дифференциальныхуравнений (1), удовлетворяющихусловиям:

при :,, …,. (2)

Изменив условия (2) и давначальным значениям параметров p1,p2, …, pn небольшие по модулюприращения 1, 2, …,n получим начальные условия,соответствующие возмущенному развитиюпроцесса обработки:

при :,, …,.

Обозначив значения параметровpj в возмущенном развитии процессачерез pj(t), ав невозмущенном – через fj(t), получим вариацииpj параметров процессаЭЭО:

, (j = 1, 2, …, n).

Тогда, исходя из критерия Ляпунова,условие устойчивости процесса ЭЭО будетиметь вид:

, (3)

где j– максимальнодопустимое отклонение j-го параметраобработки; – заданныйинтервал времени.

С позиций адаптивногоуправления технологическими параметрамиЭЭО устойчивость динамической системыпроцесса формообразования удобнорассматривать в трех масштабахвремени.

Если интервал времени в условии (3)ограничить длительностью импульса tи, а вкачестве p считать отклонениеот падения напряжения на межэлектродномпромежутке, то при соблюдении условия (3)можно говорить об устойчивость процессаЭЭО в масштабе времени единичногоимпульса.

Неустойчивость вмасштабе импульса означает, что покаким-либо причинам единичныйэлектроимпульсный разряд не может бытьинициирован, а если возникает, тообрывается, не совершив требуемой полезнойработы. Такая неустойчивость напрямуювлияет на производительность обработки икосвенно на качество обработаннойповерхности.

Устойчивость вмасштабе импульса может быть исследована спомощью прямого метода Ляпунова исходя издифференциального уравненияустановившихся режимов вольтовой дуги в цепи ссопротивлением R и самоиндукцией L:

, (4)

где i – ток, протекающиймежду электродами; E –напряжение источника питания; (i) – нелинейнаязависимость между током i и напряжениемu в дуговомпромежутке.

За невозмущенноеразвитие дугового процесса примем условиеi = I (где I ­– ток вустановившейся дуге), а за возмущенное– выражениеi = I +. Тогда функциейЛяпунова для уравнения (4) являетсяопределенно-положительная функция:. Ее производная по времени, вычисленная в силудифференциального уравнения возмущенногорежима дугового разряда будетотрицательно-определенной функцией при выполненииусловия и, следовательно, наосновании теоремы Ляпунова обустойчивости, при выполнении данногоусловия режим протеканияэлектроимпульсного разряда будетасимптотически устойчив. Таким образом,зная характер зависимости (i) (которая подробноописана в технической литературе) несложнореализовать электронную схемуавтоматического поддержания устойчивостипроцесса ЭЭО в масштабе времени единичногоимпульса.

Если интервал времени вусловии (3) сделать бесконечно большим =, то можно говоритьоб устойчивости в масштабе временитехнологической операции. Данный видустойчивости ЭЭО будет иметь место присоблюдении в заданном весьма большоминтервале времени баланса вновьобразующихся эвакуируемых продуктовэрозии. Если обозначить через Мообщий объем продуктов эрозии, образующихсяв единицу времени, а через Мвколичество продуктов эрозии, которое можетбыть удалено при данных условиях в ту жеединицу времени (скорость эвакуации), тоусловие устойчивости процесса ЭЭО вмасштабе времени технологической операциизапишется как Мо Мв.Неустойчивость ЭЭО в масштабе временитехнологической операции существенноснижает производительность обработки, номожет быть устранена различнымитехнологическими приемами, улучшающимиусловия эвакуации продуктов эрозии из зоныобработки, например применениемпринудительной прокачки рабочей жидкости,вибрации или вращения электродов.

Промежуточноеположение между масштабами времениединичного импульса и технологической операциизанимает наиболее информативный с позицийдиагностикипроцесса ЭЭО масштаб времени серииимпульсов. Этот масштаб определяетсяинтервалом времени = ntи, где n – количествоимпульсов в серии. Неустойчивость ЭЭО в масштабе серииимпульсов (которую коротко можноохарактеризовать, какнепериодичность возникновенияполноценных рабочих электроэрозионныхразрядов вмежэлектродном промежутке) не толькоснижает производительность обработки, но исущественно ухудшает качество получаемойповерхности, а также приводит кинтенсивному износу электрода инструментаи, как следствие снижает точностьформообразования. Остановимся на этомявлении подробнее.

Рассмотрениемеханизма возникновенияэлектроимпульсного разряда показало, что существует,по крайней мере, пять видов электрическихимпульсов, подводимых в зону обработки: а) рабочий импульс,после которого возникает стабильный дуговойразряд и лунка на поверхностиэлектрода-заготовки, соответствующаянекоторымноминальным средним условиям ЭЭО; б) импульс холостого хода, характеризующийся отсутствиемвозникновения дугового разряда междуэлектродамииз-за слишком большого зазора; в) импульс короткого замыкания, который наблюдается призамыкании электродов через микронеровности на ихповерхностях и также не сопровождающийсявозникновением дугового разряда; г) повторныйимпульс, то есть совмещениев пространстве предыдущего и последующегоразрядов, что обычно происходит, когда пауза междуимпульсами мала; поскольку на заготовкенет пространственного переноса лунок, тонарушается сам принцип электроэрозионногоформообразования; д) фиктивный импульс,сопровождающийся пробоем газовой, но нежидкой фазы, и характеризующийся малымобъемом лунки, возникающей на электроде-заготовке.

Современные средствадиагностики не предоставляют возможностипровести четкую классификацию междурабочими, повторными и фиктивнымиимпульсами. А между тем повторные импульсыкрайне нежелательны в процессе ЭЭО, так какнарушают равномерность распределенияэрозионных лунок на поверхностиэлектрода-детали, чем снижают качествообработанной поверхности, а также в силунесимметричного распределения энергиивозникающего дугового разряда вызываютинтенсивный износэлектрода-инструмента.

Проведенныеэкспериментальные исследования показали,что повторные, а также (в несколько меньшейстепени) фиктивные импульсыхарактеризуются избытком энергии, котораяв отсутствии процесса образованииэрозионной лунки рассеивается в видеударной волны, распространяющейся врабочей жидкости и электродах и четкофиксируемой с помощью датчикаакустической эмиссии, закрепленного наэлектроде-инструменте.

Таким образом, длячеткой диагностической классификациипериодических импульсных процессов,происходящих в межэлектродном промежуткенеобходимо трехканальное регистрирующееустройство, фиксирующее импульсынапряжения Uj между электродами,тока Ij и импульсы акустической эмиссииAj, возникающие в процессе обработки(j = 1, 2, …,n).

На базе изложенного выше анализаособенностей процесса ЭЭОбыл осуществлен принцип адаптивногоуправления, заключающийся в создании такихусловийпроцесса ЭЭО, при которых серия импульсовсостояла бы из максимально большого количестваравномерно следующих рабочих импульсов, неперемежаемых повторными или фиктивнымиимпульсами, и котораяне прерывалась бы при этомимпульсами холостого хода или короткогозамыкания. То есть был использован методуправления устойчивостью процесса ЭЭО вмасштабе времени серии импульсов.

Так как серияимпульсов представляет собой явление,плохо формализуемое с помощьюаналитических зависимостей, то прямойметод Ляпунова для анализа устойчивостипроцесса ЭЭО в этом масштабе времениоказался неприменим. Поэтому для оценкиустойчивости были использованы методынелинейной динамики, в частности критерийоценки хаотичности временных рядов спомощью вычисления фрактальнойразмерности D0реконструированного по ряду аттракторадинамической системы.В качестве элементоввременного ряда использовались показателиполезной работы, совершенной каждым изединичныхэнергетических импульсов серии, – объем Vjлунки, формируемой импульсом наэлектроде-заготовке. Объем Vjпредложено находить из эмпирическойзависимости вида:

, (5)

где – нелинейная функция;k – эмпирическийкоэффициент. В этом выражении член UjIjхарактеризует количество электрическойэнергии, введенной в межэлектродный зазор,а член kAj – количество энергии,не потраченной на эрозию электродов, арассеянной в виде ударной волны.

Так какхарактеристики функции заранеенеизвестны, то для реализации формулы (5)была использована нейронная сеть – трехслойныйперсептрон (на рис.18 обозначена цифрой III). Обучение сетипроизводилось на основе экспериментальных данныхметодом обратного распространенияошибки.

Сформированныйвременной ряд V1, V2, …,Vn служит исходными данными дляреконструкции аттрактора динамическойсистемы процесса ЭЭО. Реконструкция проводиласьметодом задержек с помощью динамическойнейроннойсети (на рис.18 обозначена цифрой IV). Данная сетьимеет 4096 входов, на которые с помощью сдвиговыхрегистров (на рисунке обозначены буквойR) подаютсязначенияVj. Таким образом, сеть непрерывноанализирует параметры последних 4096эрозионныхлунок, образующихся (Vj много больше 0 длярабочих, Vj стремится к 0 дляповторных ификтивных импульсов) или не образующихся (Vjравно 0 для импульсов холостого хода икороткого замыкания) послесоответствующих им 4096 электрических разрядов, поданных наэлектроды. Обновление временного рядапроисходит последовательно – каждый вновьформирующийся на выходе сети III элемент V1сдвигает ряд на одну позицию в сторонуувеличения порядковых номеров элементовряда и «выталкивает» из регистров самыйпоследний элемент. Сети III и IV синхронизированы междусобой тактовыми сигналами, которые вырабатывает сетьIII и частотакоторых совпадает с частотой следованияэлектрических импульсов, подаваемыхгенераторомстанка в зону обработки.

Первый слой сетиIV состоит из4096 нейронов с линейной активационнойфункцией и служит для нормирования входныхданных. Второй слой состоит из 1024, а третий– из 2нелинейных нейронов с сигмоиднойлогистической функцией активации. Основной функциейнелинейных слоев сети IV являетсяреконструкция аттрактора и вычисление егофрактальной размерности D0.Параллельно с этим сетью решается задача вычислениясреднего значения объема эрозионной лунки для серии изпоследних 4096 произведенных генераторомстанка электрических импульсов:

, n = 4096.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»