舰船机械部件数控加工精度控制探究

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摘要:针对当前舰船机械部件数控加工精度控制方法的数控电机与控制器同步差值较大，导致部件数控加工精度控制稳定性和准确性下降，影响高精度部件的良品率的问题，提出舰船机械部件数控加工精度控制方法。采集数控作业过程中设备作业相关参量数据，优化数控设备控制信号，引入非平稳机械特征信号特征算法，规范数控设备作业量。提取数控设备振动产生脉冲信号对应系数量，计算数控设备作业过程中电机转速控制变量，优化作业电机转速控制量。根据数控设备控制的PID控制逻辑，同步校对控制器控制信号，完成舰船机械部件数控加工精度控制。实验结果表明，本控制方法的数控电机与控制器同步差值较小，能够有效提高部件数控加工精度控制稳定性和准确性。

关键词：舰船机械部件；数控加工；精度控制

0引言

目前舰船应用领域的不断扩展，舰船功能与结构设计越发复杂，高精度机械部件应用率大幅度提升。高精度机械部件的制作对数控加工精度控制要求较高，当前数控加工精度控制方法，已经无法适应高精度部件作业过程中的控制操作[1]。为此，提出一种新的舰船机械部件数控加工精度控制方法，实现对舰船高精度机械部件作业过程的精度控制。

1舰船机械部件数控加工精度控制方法

1.1数控设备作业量规范。首先对数控作业过程中设备作业相关参量进行数据采集，利用数据挖掘计算方式，对不同作业过程中的数据变量进行适应性分析，完成对数控设备作业量的规范。具体计算步骤如下：令数控设备在加工高精度机械部件作业过程中，部件最大加工曲面张度为R，控制输出的部件磨损系数量为i，瞬态控制的设备响应系数为o。根据数控设备的PID控制结构特点，对数控作业过程中各环节对应系数量进行校对，计算公式如下：A=∑∑12log(R−o√i)。(1)∆R根据控制信号的非线性特征，对控制信号的识别特征进行适应性优化，引入非平稳机械特征信号特征算法[2]，令数控设备作业过程中的控制信号误差量为。当数控设备控制信号中存在c条控制指令时，其作业操作参量与控制量之间的几何公差为x，设备作业执行效果的公差为u。n代表数控设备在作业过程中所有可能发生情况的总偏差系数量，则进一步对数控设备作业过程参量进行高精度计算，可得到：J=A∑lim1→∞log∆R−n2(c+u+x)n−1+n，(2)t′∆y当加工器件为螺纹器件时设备作业产生振动所对应的脉冲系数总量定义为，全局技工周期为，此时数控设备的控制量最佳系数为q，得到数控设备作业过程中具有适应性的控制作业：l=∏J−t′∑∑(c,u,x)∑∑lim1−∞√(y/q−1)−i。(3)二次结合数控设备PID控制结构特点与Matlab数学分析模型特征[3]，得到具有PID数据控制特征的数控设备作业量规范模型，具体如图1所示。图1PID数据控制特征的数控设备作业量规范模型Fig.1SpecificationmodelofCNCequipmentworkloadbasedonPIDdatacontrolcharacteristics根据上述建立模型规范，可对数控涉笔作业过程中的作业电机转速与控制器信号相关量，在同步层面上进行进一步的高精度优化与调校。

1.2作业电机转速控制量优化。令数控设备作业过程中电机控制量的对应转速的d′d′(0,1]插值斜率为。并对的取值范围进行定义约束，约束条件为，当其值处于定义约束范围内时，数控设备电机转速状态隶属于直线插值补偿状态[4]，此时对其状态进行计算，可得到：b=1∏2(d′+l)−1。(4)jzSnk对此过程中的设备振动产生脉冲信号进行对应系数量的提取，并将其均值量定义为，此时设备作用过程中脉冲信号触发的电机转速变化可记作，对其进行变量的连续采集，并对采集数值进行迭代循环编码，其编码值定义为k，由此可计算得到数控设备作业过程中的电机转速控制变量的标准系数为：∆α=∑lim0→∞log(jz−1)2k√b+Snk+1。(5)

1.3控制器同步校对。根据PID控制器的控制信号特征，对控制目标函数进行自适应反馈变量的计算，利用电机作业过程中的转动转换的惯量耦合对控制器进行二阶离散计算，实现控制信号与执行变量的同步。通过下列公式对电机作业过程中的自适应反馈转矩误差控制函数进行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为控制器探测头采集的电机作业载入信号；为经过控制器误差转换后的反馈输出控制信号；为控制器调制过程中输出的一阶目标函数；j为电机控制信号的同步迭代步长，其中补偿决定控制信号的误差大小，对其进行自适应加权系数量导入，通过计算获得电机对应控制器的同步超调系数量，使其满足滤波单变量系数，当j值为恒定系数量时，可改变电机作业过程中的阻尼系数量大小，获得控制器的自抗误差输出量，其计算公式为：B=adlglvSeSvσlryKvo+lχl1Mtξtln(tt+ah+aett−az)。(7)σlry=1+πη(tt+ah+ae)/(qad)j0j0其中：为控制器输出信号的局部功率，，增大并对其信号进行滤波；j，与双通道下的控制系数量保持一致，t为动态系数量，通过计算可得到电机控制状态下与控制器之间的同步误差计算公式为：根据上述同步误差计算公式，对控制量中的r值进行提升，进一步可以将其过程描述为非线性反馈补偿过程，其过程可描述为：β1β2ε1ε2m0lqls式中：，，，，为耦合关系量的动态系数；，为控制器与电机之间关于转矩与磁场的控制系数比与目标函数系数量。

2实验分析

通过与当前数控加工精度控制方法的数据对比，证明提出方法的有效性。实验分为控制稳定性测试与控制准确性测试两部分。为了保证测试数据的统一性，均采用仿真测试工具，在仿真测试场景下完成。

2.1数控加工精度控制方法稳定性测试。在仿真测试工具中创建测试场景，测试场景数据来源于数控加工机械部件的经验数据；在测试场景中生成10组高精度加工数据，分别由当前数控加工精度控制方法与提出的数控加工精度控制方法对其作业过程进行模拟操作，在操作过程中记录2种方法的控制器输出系数量的变化数值，根据控制器输出系数量变化对比，得出实验结论。对比结果如表1所示。可以看出，提出的数控加工精度控制方法，在数控设备作业过程中，对电机控制量输出上波动较小，整体数值差较小，且相邻数值差均小于当前控制方法，整体控制稳定性较高。

2.2数控加工精度控制方法准确性测试。此次测试仿真工具记录数据为控制器控制系数与电机执行系数，通过对比控制器与电机执行系数之间的差值，判定控制方法的准确定，对比结果如表2所示。可知2种方法的控制器输出量与电机执行系数之间的差值对比可以看出，提出方法的控制量与电机执行系数能够保持一致，做到了控制信号的高度同步，由此可以证明提出方法具有提升控制准确性的效果。

3结语

本文对提出的舰船机械部件数控加工精度控制方法研究过程，进行了数据计算与数据变量优化过程的描述，通过数据对比实验证明了提出方法的有效性与可行性。本文研究为数控加工与发展，提供一种可行性方案，同时对数控高精度控制研究，提供一种新的研究思路。

参考文献：

[1]赵亮,雷默涵,朱星星,等.高精度数控机床主轴系统热误差的控制方法[J].上海交通大学学报,2020,54(11):1165–1171.

[2]郭志研,夏加宽,高峰.菲迪亚数控机床机械谐振问题及抑制方法研究[J].制造技术与机床,2020(1):194–197.

[3]徐意钧,张强,吕振华,等.基于强化学习的机械臂关节高精度控制方法研究[J].空间控制技术与应用,2020,46(1):37–42.

[4]况康,郭婕,马俊翰,等.数控机床基础部件几何精度实时监测技术研究[J].组合机床与自动化加工技术,2020(8):5–7+11.

作者:侯小兵 单位:河南应用技术职业学院机电工程学院