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摘要:針對當前艦船機械部件數(shù)控加工精度控制方法的數(shù)控電機與控制器同步差值較大，導致部件數(shù)控加工精度控制穩(wěn)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(shù)控加工精度控制方法。采集數(shù)控作業(yè)過程中設備作業(yè)相關參量數(shù)據，優(yōu)化數(shù)控設備控制信號，引入非平穩(wěn)機械特征信號特征算法，規(guī)范數(shù)控設備作業(yè)量。提取數(shù)控設備振動產生脈沖信號對應系數(shù)量，計算數(shù)控設備作業(yè)過程中電機轉速控制變量，優(yōu)化作業(yè)電機轉速控制量。根據數(shù)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(shù)控加工精度控制。實驗結果表明，本控制方法的數(shù)控電機與控制器同步差值較小，能夠有效提高部件數(shù)控加工精度控制穩(wěn)定性和準確性。

關鍵詞：艦船機械部件；數(shù)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(fā)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(shù)控加工精度控制要求較高，當前數(shù)控加工精度控制方法，已經無法適應高精度部件作業(yè)過程中的控制操作[1]。為此，提出一種新的艦船機械部件數(shù)控加工精度控制方法，實現(xiàn)對艦船高精度機械部件作業(yè)過程的精度控制。

1艦船機械部件數(shù)控加工精度控制方法

1.1數(shù)控設備作業(yè)量規(guī)范。首先對數(shù)控作業(yè)過程中設備作業(yè)相關參量進行數(shù)據采集，利用數(shù)據挖掘計算方式，對不同作業(yè)過程中的數(shù)據變量進行適應性分析，完成對數(shù)控設備作業(yè)量的規(guī)范。具體計算步驟如下：令數(shù)控設備在加工高精度機械部件作業(yè)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(shù)量為i，瞬態(tài)控制的設備響應系數(shù)為o。根據數(shù)控設備的PID控制結構特點，對數(shù)控作業(yè)過程中各環(huán)節(jié)對應系數(shù)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(yōu)化，引入非平穩(wěn)機械特征信號特征算法[2]，令數(shù)控設備作業(yè)過程中的控制信號誤差量為。當數(shù)控設備控制信號中存在c條控制指令時，其作業(yè)操作參量與控制量之間的幾何公差為x，設備作業(yè)執(zhí)行效果的公差為u。n代表數(shù)控設備在作業(yè)過程中所有可能發(fā)生情況的總偏差系數(shù)量，則進一步對數(shù)控設備作業(yè)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(yè)產生振動所對應的脈沖系數(shù)總量定義為，全局技工周期為，此時數(shù)控設備的控制量最佳系數(shù)為q，得到數(shù)控設備作業(yè)過程中具有適應性的控制作業(yè)：l=∏J−t′∑∑(c,u,x)∑∑lim1−∞√(y/q−1)−i。(3)二次結合數(shù)控設備PID控制結構特點與Matlab數(shù)學分析模型特征[3]，得到具有PID數(shù)據控制特征的數(shù)控設備作業(yè)量規(guī)范模型，具體如圖1所示。圖1PID數(shù)據控制特征的數(shù)控設備作業(yè)量規(guī)范模型Fig.1SpecificationmodelofCNCequipmentworkloadbasedonPIDdatacontrolcharacteristics根據上述建立模型規(guī)范，可對數(shù)控涉筆作業(yè)過程中的作業(yè)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(yōu)化與調校。

1.2作業(yè)電機轉速控制量優(yōu)化。令數(shù)控設備作業(yè)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(shù)控設備電機轉速狀態(tài)隸屬于直線插值補償狀態(tài)[4]，此時對其狀態(tài)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(shù)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(fā)的電機轉速變化可記作，對其進行變量的連續(xù)采集，并對采集數(shù)值進行迭代循環(huán)編碼，其編碼值定義為k，由此可計算得到數(shù)控設備作業(yè)過程中的電機轉速控制變量的標準系數(shù)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(shù)進行自適應反饋變量的計算，利用電機作業(yè)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(xiàn)控制信號與執(zhí)行變量的同步。通過下列公式對電機作業(yè)過程中的自適應反饋轉矩誤差控制函數(shù)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(yè)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(shù)；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(shù)量導入，通過計算獲得電機對應控制器的同步超調系數(shù)量，使其滿足濾波單變量系數(shù)，當j值為恒定系數(shù)量時，可改變電機作業(yè)過程中的阻尼系數(shù)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(shù)量保持一致，t為動態(tài)系數(shù)量，通過計算可得到電機控制狀態(tài)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(tài)系數(shù)；，為控制器與電機之間關于轉矩與磁場的控制系數(shù)比與目標函數(shù)系數(shù)量。

2實驗分析

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

2.1數(shù)控加工精度控制方法穩(wěn)定性測試。在仿真測試工具中創(chuàng)建測試場景，測試場景數(shù)據來源于數(shù)控加工機械部件的經驗數(shù)據；在測試場景中生成10組高精度加工數(shù)據，分別由當前數(shù)控加工精度控制方法與提出的數(shù)控加工精度控制方法對其作業(yè)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(shù)量的變化數(shù)值，根據控制器輸出系數(shù)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(shù)控加工精度控制方法，在數(shù)控設備作業(yè)過程中，對電機控制量輸出上波動較小，整體數(shù)值差較小，且相鄰數(shù)值差均小于當前控制方法，整體控制穩(wěn)定性較高。

2.2數(shù)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(shù)據為控制器控制系數(shù)與電機執(zhí)行系數(shù)，通過對比控制器與電機執(zhí)行系數(shù)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(zhí)行系數(shù)之間的差值對比可以看出，提出方法的控制量與電機執(zhí)行系數(shù)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(shù)控加工精度控制方法研究過程，進行了數(shù)據計算與數(shù)據變量優(yōu)化過程的描述，通過數(shù)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(shù)控加工與發(fā)展，提供一種可行性方案，同時對數(shù)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(shù)控機床主軸系統(tǒng)熱誤差的控制方法[J].上海交通大學學報,2020,54(11):1165–1171.

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[3]徐意鈞,張強,呂振華,等.基于強化學習的機械臂關節(jié)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(shù)控機床基礎部件幾何精度實時監(jiān)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(yè)學院機電工程學院