气体介质电火花加工间隙特性及伺服控制系统研究.pdf

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1、硕士学位论文气体介质电火花加工间隙特性及伺服控制系统研究（应用型）RESEARCHONGAPCHARACTERISTICSANDSERVOCONTROLSYSTEMOFDRYEDM王运航哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG661学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文气体介质电火花加工间隙特性及伺服控制系统研究（应用型）硕士研究生：王运航导师：李立青高工申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:TG661U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONGAPCHARACTERISTICSANDSERVOCONTROLSYSTEMOFDRYEDM（Applied）Candidate:WangYunhangSupervisor:LiLiqingSeniorEngineerAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MechanicalEngineeringAffili

3、ation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要电火花加工技术的巨大发展与其在特种加工领域不可替代的作用相得益彰。但随着制造业绿色化发展趋势的不断延伸，传统煤油介质电火花加工所引发的一系列环境问题，如有害气体的产生、废弃工作液的处理等，越来越受到人们的关切。气中电火花加工技术的出现开拓了电火花领域可持续发

4、展的新局面。然而，放电稳定性差，加工效率低的问题一直制约着气中电火花加工的实际应用。伺服控制是影响电火花加工性能的核心因素。为此本文在前人研究的基础上，针对气中电火花加工伺服控制进行研究，旨在进一步改善气中电火花放电稳定性，提高加工效率，推动其实用化和深层次的研究进程。了解间隙特性是进行电火花加工伺服控制研究的重要依据。为此，首先针对气中电火花的放电加工间隙和脉冲序列进行了实验研究，分析了气体介质的放电加工间隙和相对放电率；同时与煤油介质的相关性能进行对比，得出气中电火花加工对间隙变化更加敏感，并分析出传统煤油介质电火花

5、加工伺服控制与气中电火花加工不匹配的原因；通过以上研究，提出了两种伺服控制策略，即基于间隙平均电压和短路率双伺服判据的伺服控制策略（简称“改进策略”）和基于PID算法的伺服控制策略；其次，依据提出的控制策略，完成基于GTS运动控制卡的气中电火花伺服控制系统的总体设计，即完成晶体管脉冲电源、间隙平均电压检测电路、短路状态检测及概率统计模块的硬件搭建和软件设计；在此基础上，完成气中电火花改进策略和基于PID算法控制策略的设计，同时建立了基于PID算法的气中电火花间隙控制模型，并利用Simulink完成了系统仿真，对比分析了P

6、、PI、PD和PID的控制性能，为选择合适的PID参数提供了参考；最后，针对所搭建的整体系统进行了调试实验，分别确定了两种伺服控制策略中适合气中电火花加工的伺服参数；通过不同控制策略加工实验的对比，既验证了改进策略和基于PID算法控制策略的可行性，同时得出在气中电火花放电稳定性和加工效率的改善方面，改进策略、PD控制和PID控制更为有效；在上述研究的基础上，为了进一步论证电火花加工伺服控制与介质特性匹配的重要性，研究分析了不同气体介质的伺服控制特性，提出了对应气体介质伺服控制的优化方案，并通过实验验证了优化方案的有效性。

7、关键词：气中电火花加工；放电加工间隙；放电脉冲序列；伺服控制；PID-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThetremendousdevelopmentofElectricaldischargemachining(EDM)technologycomplementsitsirreplaceableroleinthefieldofnon-traditionalmachining.However,withthecontinuousextensionofthegreenmanufacturing,aserieso

8、fenvironmentalproblemscausedbyEDMoftraditionalkerosenemedium,suchasthegenerationofharmfulgases,thedisposalofwasteliquid,havereceivedincreasingconcerns.Theemerg