臺灣博碩士論文加值系統

隨著加工尺寸的縮小與加工精度上的需求，採用微細線切割放電加工成為微細加工法中一項關鍵的技術，線張力系統於運行中，由於受到繞線機構老化、加工進給速率、放電力與沖水壓力等外力作用的干擾使得線極產生撓曲與振動，影響加工精度與品質，故對於微細線張力系統之干擾，必須加以解決。本文提出使用自組織模糊控制器作為主回授控制，並設計類神經網路干擾估測器以補償系統干擾，達到使張力值穩定之目的，於控制器性能比較中，本文所提出之控制器均方根誤差及最大誤差皆優於開迴路控制與PID控制器。在實際加工中所做之線張力控制實驗，最大誤差量從39 gf降低至19 gf，也驗證了本文所提出之自組織模糊控制結合類神經網路干擾估測器確實能有效的抑制繞線系統干擾，提高線張力系統的穩定度。實際加工直線溝槽、30°與60°隅角工件，其隅角誤差精度及溝槽寬度均較開迴路控制器好。

As growing demands on machining accuracy and miniaturization in the variety of manufacturing industries, micro wire-EDM has been one of key technologies for micromachining. However, wire bending and vibration are prone to occur due to unexpected disturbance of wire transport system, discharge forces and flushing pressure during machining and thereby leading to machining inaccuracy. Therefore, wire tension should be controlled tightly when the wire transport system is subject to undesired disturbance for the geometrical accuracy of micro wire-EDM. This paper presents a combined self-organizing fuzzy controller (SOFC) and neural-network-based disturbance observer (NNBDOB) for wire tension control. A neural-network-based disturbance observer is proposed to compensate for undesired and unknown disturbance. This intelligent control strategy has on-line learning capability and disturbance rejection robustness to suppress the variation of wire tension during the micro wire-EDM process. Experimental results not only demonstrate that the proposed controller can achieve smaller root mean square error (RMSE) than a PID controller but also indicate that the geometrical error of corner cutting and the geometrical accuracy of slit width can be significantly improved.

摘要
目 錄
表 錄
圖 錄
第一章 序論
1.1 引言……………………………………………………………1
1.2 文獻回顧………………………………………………………3
1.3 研究動機與目的………………………………………………8
1.4 本文結構………………………………………………………9
第二章 放電加工原理及線切割機機介紹
2.1 放電加工原理………………………………………………10
2.1.1 放電的基本轉換過程……………………………………12
2.1.2 放電火花之結構…………………………………………14
2.1.3 線切割放電加工機………………………………………16
2.1.4 CNC 系統…………………………………………………17
2.1.5 機台與其驅動系統………………………………………17
2.1.6 線電極處理系統…………………………………………18
2.1.7 加工液循環系統……………………………………………19
2.1.8 放電電源供應系統…………………………………………20
2.1.8.1 工研院研發之線切割放電電源…………………………23
2.2 線切割放電加工之特性………………………………………24
2.2.1 加工速度……………………………………………………25
2.2.2 加工精度……………………………………………………25
2.2.3 表面品質……………………………………………………27
2.3 伺服進給原理…………………………………………………29
第三章 線切割放電加工機線張力與線進給控制系統
3.1 實驗系統架構………………………………………………30
3.2 自組織模糊控制器結合類神經網路干擾估測器…………
3.3 模糊控制器…………………………………………………33
3.3.1 模糊化………………………………………………………35
3.3.2 模糊規則庫…………………………………………………39
3.3.3 模糊推論……………………………………………………41
3.3.4 解模糊化……………………………………………………42
3.4 自組織模糊控制器設計……………………………………43
3.4.1 自組織學習法則……………………………………………45
3.5 類神經干擾估測器設計………………………………………47
3.5.1 類神經網路…………………………………………………49
3.5.2 隱藏層層數設計……………………………………………
3.5.3 隱藏層處理單元數目設計………………………………
3.5.4 學習速率設計………………………………………………50
3.5.5 類神經網路設計推導……………………………………
3.6 控制器參數設定…………………………………………………
第四章 實驗設備介紹
4.1 線切割放電加工機………………………………………………56
4.1.1伺服系統……………………………………………………56
4.4.1.1 兩軸線性馬達次微米平台………………………………56
4.1.1.2 線性馬達驅動器…………………………………………57
4.1.2 繞線機構……………………………………………………57
4.1.2.1 電磁制動器………………………………………………57
4.1.2.2 供線軸機構修改…………………………………………58
4.1.3 控制器系統與水系統………………………………………58
4.2 線張力控制器……………………………………………………58
4.2.1 P2812EVM(DSP)………………………………………………59
4.2.1.1 VP2812EVM時脈(Clock)………………………………59
4.2.1.2 TMS320F2812記憶體……………………………………59
4.2.1.3 Reset IC與Reset開關……………………………………59
4.2.1.4 JTAG介面介紹……………………………………………
4.2.1.5 類比數位轉換器…………………………………………60
4.3 C2000 Code Composer Studio……………………………………60
4.4 XDS510PP 模擬器………………………………………………60
4.5 電子式張力計……………………………………………………60
4.6 線極材料…………………………………………………………61
4.7頻率電壓轉換器電路(F/V Converter)………………………61
4.8 脈波頻寬調變驅動電路………………………………………61
第五章 實驗結果與討論
5.1 實驗規劃…………………………………………………………73
5.1.1 線徑70 μm實驗項目………………………………………73
5.1.2 線徑50 μm實驗項目…………………………………………73
5.2 控制器性能比較與誤差量測定義……………………………74
5.3 線張力控制實驗結果……………………………………………75
5.3.1 線徑70 μm之線張力控制器性能比較………………………75
5.3.2 張力輸出控制電壓變化響應圖……………………………
5.3.3 線張力系統參考值變更響應比較…………………………79
5.4 隅角與溝槽加工實驗…………………………………………81
5.5 實際加工中之線張力響應比較……………………………83
第六章 結論與建議
6.1 研究結論…………………………………………………………86
6.2 研究建議…………………………………………………………87
參考文獻………………………………………………………………88

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