Bộ điều khiển thông minh cho máy phay CNC 3 trục
MỤC LỤC
BỘ ĐIỀU KHIEÅN
Sơ đồ điều khiển của máy đã thưc hiện
Trong khuôn khổ đề tài, bộ điều khiển phay máy CNC 3 trục được xây dựng trên nền một máy PC gắn thêm mạch điều khiển chuyển động PCI-7344 của National Instruments Corp. Các cổng I/O được tích hợp sẵn như các công tắc giới hạn hành trình, các công tắc hỗ trợ cho việc thiết lập gốc tọa độ (Set home) máy và một số cho các mục đích chung khác.
Khái niệm về điều khiển thích nghi
Khó khăn trong việc nhận dạng thực tế sẽ phụ thuộc vào mức độ lượng thông tin về đối tượng điều khiển cần biết và phụ thuộc vào lượng kiến thức có từ trước của đối tượng điều khiển. Một khi đối tượng điều khiển đã được nhận dạng, nó được so sánh với các đặc tính tối ưu mong muốn và ra quyết định thay đổi các thông số điều chỉnh để duy trì hiệu quả tối ưu. Trong hầu hết các sơ đồ, các quyết định và hiệu chỉnh nằm trong một khối hoạt động, với sự hiệu chỉnh bao gồm các cơ cấu chuyển đổi tín hiệu ra của quyết định thành tín hiệu điều khiển (Tín hiệu ra của đối tượng điều khiển ).
Các khái niệm về điều khiển thích nghi
Hệ điều khiển thích nghi mô hình tham chiếu xuất phát từ việc điều khiển các hệ thống mà trong đó các đặc tính được cho trước dưới dạng mô hình tham chiếu và mô hình này sẽ qui định phương thức mà tín hiệu ra sẽ đáp ứng với tín hiệu vào. Trong sơ đồ khối của hệ có 2 vòng lặp : (1) vòng lặp trong có tác dụng như một đường hồi tiếp thông thường và (2) vòng lặp ngoài có tác dụng điều chỉnh các tham số của bộ điều chỉnh sao cho sai số giữa tín hiệu ra của mô hình ym và tín hiệu ra của quá trình y là nhỏ nhất. Là cách điều khiển mà các thông số công nghệ như: Tốc độ cắt, tốc độ ăn dao, chiều sâu cắt, được bảo toàn một cách tự động để dùng hết công suất tối đa của động cơ hay, giới hạn biến dạng của lưỡi cắt hay, giới hạn nhiệt độ dụng cụ cắt hay, giới hạn biên độ dao động của lưỡi cắt.
Xác định thông số cho quá trình điều khiển thích nghi
Để xác định lực cắt trong quá trình gia công có nhiều phương pháp khác nhau có thể : dùng lực kế gá cố định trên bàn máy, hoặc lực kế gắn trên trục chính của máy, dụng cụ đo lực thông qua độ dịch chuyển trục chính, đo lực cắt thông qua dòng điện động cơ, đo lực cắt thông qua tín hiệu âm thanh của quá trình gia công. Trong quá trình cắt, lượng phoi được lấy đi luôn luôn thay đổi hay nói cách khác là lực cắt lớn nhất trong 1 chu kỳ điều khiển (Fp(k))( bằng hoặc nhỏ hơn 1 vòng quay trục chính ) luôn thay đổi trong quá trình gia công. Bộ lọc thông thấp là một khối chức năng của phần mềm DASYLab ( tần số cắt là 30 Hz ) và bộ lọc Kalman được thiết lập cũng trên nền phần mềm DASYLab bằng cách kết hợp các khối chức năng tính toán và xử lý, phân tích dữ liệu.
Thực nghiệm
Từ giá trị lực cắt tổng hợp và lượng chạy dao của chu kỳ điều khiển trước, thuật toán điều khiển thích nghi sẽ tính toán lượng chạy dao mới ( Như đã trình bày ở phần trên ). Do máy CNC khi thiết kế đã có cấu trúc cho phép tiến hành gia công không có điều khiển thích nghi, điều đó có nghiã là quá trình giống như máy CNC bình thường và cho phép gia công khi có điều khiển thích nghi. Giá trị lực cắt được truyền về máy tính qua card thu nhận dữ liệu 812PG và phần mềm DASYLab, tốc độ lấy mẫu là 5kHz (Tổng hợp 3 kênh ). Thuật toán điều khiển thích nghi dựa vào giá trị lực cắt thu được tính giá trị lượng chạy dao mới để làm giảm thiểu sai số lực cắt, và thay đổi tốc độ bàn máy qua card điều khiển Flexmotion của chương trình điều khiển CNC .Quá trình tiến hành với ba dạng phôi khác nhau Dạng 1 : Phôi thử nghiệm có vật liệu thay đổi được ghép bằng vật liệu thép C45 và nhôm , còn chiều sâu cắt không đổi. Vật liệu thay đổi có thể là Thép – nhôm hoặc thép – nhôm – thép. Việc gá phôi trên máy được thể hiện trên hình 1.54. Hình1.54: Phôi thử nghiệm có vật liệu thay đổi. Kết quả sự thay đổi lượng chạy dao khi lực cắt thay đổi được thể hiện trên hình 1.55. Trong trường hợp này, lượng chạy dao được điều chỉnh thích nghi với thay đổi vật liệu cắt, trong đoạn cắt nhôm lượng chạy dao tăng lên và kết quả là lực cắt được duy trì dao động xung quanh 100 N trong suốt quá trình cắt. Kết quả sự thay đổi lượng chạy dao khi lực cắt thay đổi được theồ hieọn treõn hỡnh 1.56. Chương 1: Bộ điều khiển máy CNC thông minh 57 Dạng 2 : Phôi thử nghiệm là vật liệu đồng nhất còn chiều sâu cắt thay đổi. Với dạng phôi thử nghiệm này, mục đích của chúng tôi là xem xét thuật toán điều khiển thích nghi, duy trì lực cắt ở 1 mức không đổi khi chiều sâu cắt không đổi. Kết quả thực nghiệm được thể hiện trên hình 1.58. Chế độ cắt khi gia công không có điều khiển thích nghi là: số vòng quay trục chính 500 vòng / phút, lượng chạy dao được duy trì không đổi 2 mm / s, vật liệu phôi là thép 1055. Số vòng quay trục chính được giữ 500 vòng / phút khi gia công có điều khiển thích nghi. Khi bắt đầu điều khiển thích nghi, lượng chạy dao được tính bởi thuật toán tăng đến khoảng 2mm/s, lực cắt được duy trì ở mức 100N ở đoạn bậc thứ I. Với lượng chạy dao mới này lực cắt giảm đến giá trị lực tham chiếu 100 N. Có thể nhận thấy trong quá trình cắt, lực cắt được duy trì quanh mức 100 N và lượng chạy dao cũng được thay đổi ứng với từng đoạn bậc khác nhau. a) Giá trị lực cắt (Đơn vị N ) khi không điều khiển thích nghi. Chương 1: Bộ điều khiển máy CNC thông minh 58 b) Giá trị lượng chạy dao được tính bởi thuật toán ( Đơn vị mm/s)û. c) Giá trị lực cắt đo được khi có điều khiển thích nghi ( Đơn vị N ).
Giới thiệu
Nhưng cấu trúc mạng neural 1 lớp giống như cấu trúc 1 neuron gộp lại nên nó không có khả năng biểu diễn các hệ phi tuyến. Càng nhiều lớp ẩn thì khả năng mở rộng thông tin càng cao và xử lý tốt mạng có nhiều input và output. Một mạng hồi quy nhận ra chính nó dựa trên mạng dẫn tiến một lớp hay nhiều lớp trong đó giá trị output được hồi tiếp(Feedback) về giá trị của tất cả các neuron khác để xử lý.
Các hàm f(.) thường dùng
Tiến trình huấn luyện là tiến trình quan trọng của con người, nhờ huấn luyện mà bộ não ngày càng tích lũy những kinh nghiệm để thích nghi với môi trường và xử lý tình huống tốt hơn. Huấn luyện là một tiến trình với các thông số tự do của mạng có thể thay đổi liên tục bởi những thay đổi của môi trường và mạng neural ghi nhớ giá trị đó. Trong quá trình tìm hiểu, thấy giải thuật Back-propagation là giải thuật hiện được sử dụng nhiều và được đánh giá cao vì dễ thiết kế và có khả năng học tốt các mô hình phi tuyến, mạng nhiều lớp ẩn…Vì vậy trong quá trình nghiên cứu để thiết kế mạng chỉ tập trung tìm hiểu thuật toán Back-propagation.
Phương pháp Back-propagation .1 Phương Pháp Giảm Gradient
Nếu η quá lớn tốc độ học của mạng sẽ nhanh nhưng quá trình học sẽ không chính xác vì có thể bước nhảy w∆ k(n) sẽ vượt qua giá trị mong muốn của quá trình học ( Hình 1.73). Như vậy quá trình điều chỉnh trọng số có thể được xác định theo các công thức trên, tuy nhiên ta cần phải xác định vị trí của neuron thuộc lớp nào (Lớp ẩn hay lớp xuất). Như vậy cấu trúc mạng neural 1 lớp ẩn với số nút ẩn tùy theo thực tế của tập mẫu, chúng ta có thể xây dựng mối quan hệ giữa dòng điện I (Trong thử nghiệm đo 4 thông số trờn tập giỏ trị điện ỏp đo được từ ngừ ra FMA của biến tần ) và lượng chạy dao f.
Thực nghiệm
Từ kết quả thực nghiệm trên ta thấy rằng nếu bộ điều khiển máy phay CNC có bộ điều khiển thích nghi, năng suất gia công sẽ tăng lên đáng kể đặc biệt trong giai đoạn phay thô và bán thô, còn trong giai đoạn phay tinh thời gian có hay không có thích nghi khác nhau không lớn. Đồng thời bộ điều khiển thích nghi dùng mạng neural có thể nhận biết được độ mòn dao, tránh được những sự cố đáng tiếc trong quá trình gia công. Vì vậy mô hình điều khiển thích nghi máy phay CNC thật sự mang lại những lợi ích đáng kể trong việc nâng cao năng suất gia công và giám sát tình trạng.
OPTIMAL MILLING .1 Đặt vấn đề
Trong quá trình sử dụng khi xác định được giá trị lực cắt là ổn định, lúc đó chỉ cần nhấn “Ref” để tham chiếu giá trị đó làm giá trị tham chiếu cho quá trình cắt ứng với vật liệu và dao đang cắt. + Tuy không tối ưu như dùng máy tính vì giữa 2 máy tính có thể truyền over ride gần như vô cấp trong khi bộ over ride được thiết kế chỉ chứa 5 bit điều khiển. Như vậy bộ phận Optimal Milling thay thế máy tính chứa chương trình thích nghi, cũng có thể đáp ứng được những yêu cầu như một máy tính nhưng giá thành thấp nhỏ, gọn và dễ dàng ứng dụng trong điều kiện sản xuất của nhà máy.
