金刚石线锯切割SiC单晶片过程控制及仿真

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金刚石线锯切割技术由于切缝窄、表面损伤小故广泛应用于硬脆材料加工中,但在切割超硬脆材料SiC单晶片中,由于切割过程中线锯不断换向,工件直径变化以及线锯磨损等诸多因素的影响,使得切割过程存在许多不足,如切削效率低、工件表面质量差、切割过程不稳定、线锯易磨损甚至绷断等。本文从系统控制角度出发,提出将自适应控制技术应用于金刚石线锯切割系统中,通过实时采集数据,自动辨识系统对象的模型参数,以适应系统对象变化,随时反应系统工作状态,最后经过自适应控制计算出最优自适应控制率,以实现提高系统加工精度与稳定性、减小线锯磨损的目的。   采用传统物理建模方法难以对系统进行准确的描述,同时所获得的物理模型难以进行切割过程实时控制。因此,提出采用系统辨识方法对系统进行建模。按照辨识方法的要求设计试验,并对采样数据进行预处理,以提高系统的可辨识精度。最终建立单输入单输出(SISO)系统动态差分方程。同时,经过残差检验法检验模型准确度,并在时域进行稳定性分析判断。   对自校正调节器进行研究与分析,建立单输入单输出负反馈闭环控制系统。以机床的进给速度为输入信号,系统切削力为输出响应,采用递推最小二乘法实时辨识参数,并建立系统预报模型,采用最小方差控制计算出系统的最优控制率。在MATLAB/Simulink中搭建系统模块,进行动态仿真。仿真结果表明该控制算法具有鲁棒性,能够自动调节系统进给速度,实现变速进给,最终实现恒力切削且能够提高系统加工精度。   开发金刚石线锯切割加工自适应控制器,进行相应硬件电路设计和软件模块设计。自适应控制器以单片机芯片为核心处理器驱动步进电机旋转,内部嵌入自校正调节器控制算法实现变速进给控制。   最后,经过实验验证白适应控制算法的可行性和控制器开发板的可操作性。
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