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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡汶釧
研究生(外文):Wen-Chuan Tsai
論文名稱:以放電波形鑑別為控制基礎之微放電加工系統的設計與研製
論文名稱(外文):Design and Construction of a Micro-EDM System Based on EDM Waveform Distrimination
指導教授:歐陽敏盛歐陽敏盛引用關係
指導教授(外文):Min-Shen Ouyang
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:微機電系統薄盤側推式超音波致動器微放電加工機放電波形鑑別系統模糊控制器
外文關鍵詞:MEMS (micro-electro-mechanical system)thin-disc edge-driving ultrasonic actuatormicro EDM (micro electrical discharge machining)EDM waveform discrimination systemfuzzy controller
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目前微機電(MEMS)製程所使用的LIGA技術價格昂貴,且蝕刻製程造成環境污染,因此本論文嘗試開發出兼具環保及物理加工程序的製程設備供微細加工使用,以充實微機電製程技術。
本研究完成了以放電波形鑑別為控制基礎之微放電加工系統的設計與研製,在機構的設計上整合本實驗室研發的薄盤側推式超音波致動器,此種設備因為具有微米等級的步進能力,作為細線電極進給的驅動裝置,除可穩定達到電極進給的控制,同時也可解決一般微放電加工機更換電極的問題,簡化了微放電加工機構設計上的複雜性。
本論文開發的設備,在電路設計上有兩個特點:(一)自行開發出一組可依放電狀況適時調整放電休止時間的放電電路;(二)經由所設計的放電波形量測及處理電路,依據不同放電間隙電壓準位與電流的邏輯組合,結合可程式化的單晶片,完成一線上放電波形鑑別系統。此鑑別系統可計算引弧延遲時間平均值,精確辨識出Open、Spark、Arc及Short各種放電波形狀態,以此作為模糊控制的輸入變數,達到不須間隙量測感測器,而直接以放電參數為回授信號之閉迴路控制的微放電加工系統。
因為放電加工具有隨機性與非線性,所以本實驗在控制系統部分採用了兩個模糊控制器:(一)為控制電極進給的「振幅及脈寬調變間隙模糊控制器」,可依模糊推論選擇不同大小、作動頻率及脈寬的輸出命令,以維持電極進給速度與加工速度的平衡;(二)為「放電休止時間模糊控制器」,當放電極間環境惡化,可以調變放電休止時間,進而實現可控制放電能量及具有不良放電波抑制的微放電加工機制。
LIGA process in MEMS is at present expensive and has brought pollution problem. In this study, a novel device provides functions with environmental protection and being a physical process is developed to promote MEMS technology.
A micro EDM that is based on EDM waveform discrimination is researched and developed in this study. In this design, a thin-disc edge-driving ultrasonic actuator, which developed by our group, is used to drive thin wire electrode. This actuator, possessing micro stepping capability simplifies the design of the micro EDM system. Using this actuator as a driving element of thin wire electrode feeding mechanism, an action with non-interrupted electrode feeding is achieved.
This micro EDM device has a set of adjustable EDM circuits and an on-line EDM waveform discrimination system. The EDM waveform discrimination system with programmable chips can calculate the average spark delay time and provide useful electrical discharge (open-spark-arc-short) information according to logical combination between different levels of gap voltage and discharge current. The electrical discharge information thus obtained provides data as input parameters for the fuzzy controller. By this discrimination system, a closed loop controller without any sensor is obtained.
The control system consists of two fuzzy controllers. One is gap fuzzy controller with amplitude and pulse width modulation. This controller can follow fuzzy inference to select pulses of different amplitudes, active frequencies and duration periods to keep the balance of electrode feeding and machining rate. The other one is discharge off time fuzzy controller that can adjust discharge off time when the circumstance between electrode and workpiece is inadequate. With these two fuzzy controllers, a stable iso-energy micro EDM device is completed.
目錄
第一章 緒論 ………………………………………………………1
1.1前言 ……………………………………………………….………….1
1.2 文獻回顧 …………………………………….………………………2
1.3 研究動機和目的 …………………………………………………….8
1.4 本文內容 ………………………………………….………………....9
第二章 放電加工原理………………….………………………...11
2.1 放電加工的原理簡介……………………………………………….11
2.2基本放電迴路………………………………………………………..14
2.3 放電加工參數的影響……………………………………………….17
2.4 放電加工參的優缺點……………………………………………….19
第三章 實驗系統的建構 ………………………………………..21
3.1 實驗系統的架構………………………………………….…….…...21
3.2 放電電極進給機構的設計……………………………………….…22
3.3 實驗設備與材料………………………………………………….…26
第四章 相關電路設計與放電波形鑑別…………………………29
4.1放電加工相關電路設計……………………………………………..29
4.1.1 基本放電迴路……………………………………………………30
4.1.2 晶體閘級控制電路………………………………………………30
4.1.3 放電波形量測及處理電路………………………………………33
4.1.4 電極進給驅動電路…………………………………….………...36
4.2 放電波形鑑別系統………………………………………………….37
4.2.1間隙電壓及電流與放電狀態的關係……………………………38
4.2.2 組合邏輯電路…………………………………………………...40
4.2.3 單晶片波形鑑別系統…………………………………………...44
第五章 控制器設計與實驗結果……………………………. …..52
5.1 模糊控制器的設計步驟…………………………………………….52
5.2 模糊控制器的設計………………………………………………….56
5.2.1控制器輸入信號的解碼…………………………………………58
5.2.2脈寬調變間隙模糊控制器………………………………………63
5.2.3放電休止時間(TOFF)模糊控制器………………………………...67
5.3實驗結果……………………………………………………….…….71
5.3.1 放電波形鑑別系統的測試………………………………………71
5.3.2模糊控制器功能的測試…………………………………………76
5.3.3放電結果…………………………………………………………79
第六章 結論與建議………………………………………………82
參考文獻…………………………………………………………..85
附錄(A):EM78P447SB單晶片程式………………………….…89
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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