Eerste aanzet tot het optimaliseren van het vonkerosieproces

(1)

Eerste aanzet tot het optimaliseren van het vonkerosieproces

Citation for published version (APA):

Jansen, R. M. G. (1979). Eerste aanzet tot het optimaliseren van het vonkerosieproces. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek : WT rapporten; Vol. WT0460). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1979 Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

(2)

I I I

~

technische hogeschool eindhoven vokgroep produklietechnologie

rapport van de sectie: Pl'-FB titel:

Eerste e.anzet tot het optime.lisE:ren van het vonkerosieproces •

auteurCs}:

R.H.G.Jansen

_.

sectieleider: _Ir.

_{e .}

_{J • Heuvelman •} hoogleraar: _{Prof. Dr.}P.O. Veensta. :t samenvottin2

Ret yerslag geeft een beschrijving van de toegepaste adaptieve regelaar voor de optimalisering van het vonkerosieproces.

·Een programma voor het verrichten van een representa-

_.

.

_",.:

1'1

.

t~eve met~ng ~s onv .. ..I.kkeld. De pr~.lc~plYle werkmg van de toegepaste software wordt beschreven alsmede experimenten voor het vinden van een idiale strategie voor de servobesturing. De eerste aanzet voor een procesoptimalisering is gedaan.

De reSultaten van ori~nterende metingen worden beschreven.

prognos.

Door de hoge graad van £lexibiliteit is fundamenteel

onderzoek naar de aard van het vonkerosieproces onder bedrijfsomstandigheden ruogelijk geworden.

Verdere verfijning van het programma voor zowel de adaptieve regelaar als voor de servobesturing zal verbeterde machineresultaten geven.

I

van biz. rapport nr. 460 . codering: trefwoord: V-onkerol!:ie • I

I.

.1

I

j

I

11-09-99 cantol biz. gtschikt voor . publicatio in: 1 !

(3)

Errata behorend b~ vers1ag PT 460.

u_e ~ 20 V.

BIz.

7:

Verbeteren:

Het gemidde1d vermogen per generatorpu1speriode bedraagt:

P =

U

.i • T • (j) e e l ti waarb~:

cz:

=

-to + ti

r

=

re1atieve pu1sduur. BIz. 8: Verbeteren rege1 6:

if

moet zijn :

Cf

BIz. 16-17: Tabe1 1 en 11 A symboo1 veor open spanning: u i

toevoegen symbool voor stroomsterkte: i e• BIz. 17: Regel 7 van onderen:

(4)

Blad 2.

Vervolg errata. BIz. 23: Verbeteren:

alle voorkomende

r

veranderen in

ii.

BIz. 25: Onder "Opmerkingll. veranderen:

(10 - 104

mm

3

/s) •

BIz. 27: Regel 11 veranderen:

(u_Hen ~ ) •

BIz.

39&

Verbeteren:

laatste formule onder aan bIz.: _H

_=u=

y s i

BIz.

49:

Vijfde regel van boven: "met" vervalt.

BIz.

53,

Eerste regel van tekst: "tijd" vervangen door periode.

BIz. 67: Op vierde alinea toevoegen:

De servobesturing bestond uit de snelle optrekaktie bij kortsluiting en het geprogrammeerd te:ruglopen in 7 cycli (zoals. beschreven).

BIz. 11: Tweede regel van boven: uitstekend.

(5)

Aan allen die hebben bijgedragen aan het tot stand komen van di t afstudeer-onderzoek:

HARTELIJK DANK.

In het bijzonder moe ten de heren Ir. Cees Heuvelman en Frits Theuws ve:rmeld women. De samenwerking

gedurende een groot aantal jaren is een blijvende goede herinnering gewomen.

(6)

Inhoudsopgave. 1. 1.2 •

. 1.3.

1.4.

1.5.

5.

5.1.

5.2.

5.3.

5.4.

In1eiding in het vonkproces

Toepassingen van vonkerosieve bewerkingen Proceskarakterisering

Een optimale machineinste11ing Prob1eemste11ing

Adapterend rege1en Mode1adaptatie

Adaptatie zonder gebruik te maken van een model

De digitale rekenmachine

Parameterkeuze bij het inste11en van een vonkerosiemachine

Parameterwijzigingen door de microcomputer De adaptieve rege1aar gekoppe1d aan de -vonkerosiemachine

Pu1sk1assering

De re1atieve pu1sduur De ontsteekvertraging td

Uitbreiding van de machinebesturing FUnktie van het dee1tal

Gedetai11eerde systeembeschrijving Het verrichten van de meting

Machineinste11ingen met behu1p van de microcomputer

De grootte van het dee1tal Berekening van het dee1 tal

b1z. 1 2 4 7 9 10 12

14

15

16

18

19

20 20 21

25

26

27 30

31

32

34

(7)

7.

8. 10. 10.1 11. 12. 13. Het servomechanisme Nadere beschouwing

Principi1!le opzet van de servobesturing Principi1!le opzet van het softwareprogramma van de hoofdmicrocomputer

Gedetailleerde beschrijving van het hoofdprogramma Gedachtengang achter het hoofdprogramma

Registratie van het machinegedrag Ervaringen met de servobesturing Geprogrammeerde terugloop van de integrerende servomotor

Het "stick-slip" verschijnsel in het mechanische servovoedingssysteem De experimentele resultaten

Experimentele resultaten met de servomicrocomputer Conclusie

Hardware technische verbetering Prognose Li tera tuurlij st bIz 37 38

44

50

53

55

57

58 66 67 69 70 71

90

(8)

Voorwoord.

Dit verslag beoogt een samenvatting te zijn van de werkzaamheden die verricht zijn in het kader van de afstudeeropdracht.

uitgevoerd in de vakgroep Produktietechnologie, sectie F,ysische Bewerkingen.

De probleemstelling is het ontwerpen van een programma voor een adaptieve regelaar, nodig voor de procesoptimalisering van een vonkerosieve bewerking.

Tijdens de afstudeerperiode is een gedeelte van de

hardware~technische kant van de regelaar gebouwd. Vooral in de beginfase heeft dit, naast programmeerproblemen, de nodige moeilijkheden opgeleverd.

Voor de machinebesturing worden twee microcomputers type 80/20 (Intel) toegepast. E~n heeft de funktie van de adaptieve

regelaar, de ander draagt zorg voor de servobesturing.

In de eerste aanzet is getracht een programma, samengesteld uit universeel toepasbare subroutines, voor het verrichten van een representatieve meting te ontwikkelen.

Daarnaast is veelvuldig geexperimenteerd met de besturings-methode van het servomechanisme.

Een eerste aanzet voor een optimaliseringsprogramma is gedaan. Met de verschillende ontwikkelde programmats zijn praktische verspaningsproeven verricht. Hieruit kwam naar voren dat de servobesturing bijzonder grote invloed op het totale proces-gebeuren en de technologische resultaten heeft.

De eerste machineresultaten zijn bijzonder hoopvol.

Verwacht wordt dat na het ontwikkelen van een goed gedimension-eerde servobesturing en het toepassen van een verfijnder

programma voor de procesoptimalisering de machineresultaten verbeterd kunnen worden.

(9)

-~-1. Inleiding in het vonkerosieproces.

Het elektro-erosieproces bestaat uit het bewerken van materialen door middel van de omzetting van elektrische energie in thermische.

De elektrische energie wordt verkregen in de vorm van elektrische pulsen.

De thermische energie draagt zorg voor het zeer plaatselijk smelten en/of verdampen van beide elektrodematerialen.

De twee elektrodes waartussen het proces plaatsvindt, worden op korte afstand (1-30)tn\) van elkaar geplaatst.

Na het aanbrengen van een voldoende grootte spanningspuls over de elektrodes vindt, na het verstrijken van de

ontsteekvertragingstijd, een doorslag plaats.

Gedurende de tijd dat de stroom het proces in stand houdt, vindt er materiaalafname plaats.

De doorslag geschiedt onder een dielektrische vloeistof welke tevens zorg draagt voor de afvoer van gesmolten materiaaldeeltjes.

Omdat de spanni~spulsen elkaar cyclisch opvolgen vindt de doorslag daar plaats waar de afstand tussen de elektrodes voldoende klein is.

De materiaalafname aan ~~n elektrode (=werkstuk) is wezenlijk groter dan die aan de andere zodat de elektrodegeometrie in het werkstuk wordt afgebeeld.

Tussen elke spanningspuls is een rustperiode nodig voor het afvoeren van het verwijderde materiaal, het deioniseren van de spleet en om situaties van staande bogen in de weikspleet te voorkomen.

(10)

2

-1.2. Toepassingen van vonkerosieve bewerkingen.

In gereedschapmakerijen wordt bij de vervaardiging van kunststof-t druk- of spuitgietmatrijzen, met complexe

driedimensionale vorm, het vonkerosieproces veelvuldig toegepast.

De werkstukvorm wordt verkregen door een elektxode, met de gewenste vorm, door middel van elektrische vonkdoorslagen te copi~ren in de werkstukelektrode.

Omdat de materiaalafname plaatsvindt door warmte~effekten en niet, zoals bij conventionele bewerkingsmethodes door mechanische krachten, is het bewerken van geharde en harde materialen, mits elektrisch geleidend, mogelijk.

De oppervlakteruwheid bij een vonkerosief bewerkt werkstuk is afhankelijk van de toegepaste energietoevoer gedurende de laatste bewerkingscyclus.

De ruwheid kan waardes bereiken die het mogelijk maken werkstukken zonder nabewerking toe te passen in

produktieprocessen.

Een principieel nadeel is de elektrodeslijtage waardoor vorm- en maatonnauwkeurigheid geintroduceerd wordeno

Bij vereiste hoge nauwkeurigheid worden meerdere elektroden voor ~~n cyclus van bewerkingstrappen veelvuldig toegepast. Het vonkerosieproces is dus slechts geschikt voor

enkel- en kleine seriefabrikage.

De elektrodeslijtage kan geminimaliseerd worden door een optimaal werkende vonkerosiemachine of door het toepassen van speciale elektrodematerialen en -aanmaakmethodes. De elektrodeslijtage kan, vanuit bewerkingsoogpunt gezien,

ge~limineerd worden door het constant vernieuwen van de elektrode. Dit is mogelijk door het toepassen van het, sterk in opkomst

zijnde, draadvonkerosieproces.

De elektrode is een tussen twee geleidingen gespannen draad die voortdurend vernieuwd wordt.

(11)

3

-De draad beschrijft een contour door het werkstuk. Op deze wijze is het mogelijk om, met behulp van een numeriek bestuurd gereedschapswerktuig, kunststofpers- en extrusiematrijzen alsmede complete snijgereedschappen te fabrlceren.

(12)

-4-1.3~ Proceskarakterisering.

Karakteristiek voor het vonkerosieproces is de spanningsval over en de stroom door de werkspleet.

=

gemiddelde pUlsstroom tijdens erosie.

=

piekwaarde van de pulsstroom tijdens erosie. Voorts worden veelvuldig de volgende afgeleide grootheden gebruikt:

• cp:

= rela tieve pulsduur

De gemiddelde relatieve pulsduur ~wordt als voIgt bepaald:

f

te

Cj:

=

Hierbij is N het aantal generatorpulsen waarover het gemid- ."

'to:. .

delde bepaald word t. '. ',,::",

·~r,~~·,.:.

<t':

=

relatieve generatorpulsduur; <t

=

--:----tp

(13)

5

-W :

=

pulsenergie, gedefinieerd als de aan de werkspleet e

door een puIs geleverde energie. Er geldt :

V~~r het beschrijven van de resultaten van een elektro-erosieve bewerking gebruikt men de technologische grootheden :

.

(14)

u

f

i

f

6 -~ I tl_i i

,

:~

I ~

-I

...

_I

-

_u I

_i

e td _te .. t I--- ti to td tp _ ... t

Fig. 1. Karakteristiek spannings- en stroomver1oop over de werksp1eet.

Ter ori~tering: t. ~ 1 -

999

1lS, stapgrootte 1 us, t • _{1 -}

₉₉₉

}lS, stapgrootte 1 us, .. 0 • i _e

_·

• _{1 -} ₆₅ A , stapgrootte 1 A,

..

~i

·

>80 - 400

v,

continue variabe1, u _e ~20 V •

( machine lab. Fysische Bewerkingen THE).

In de verdere beschouwingen zu11en wij uits1uitend dat vonkerosieproces bedoelen zoals het voorkomt op vonkerosie-machines met ~~n recht1ijnige, meestal vertikale, servobeweging.

(15)

7

-1.4.

Een optimale machineinstelling.

De optimale instelling wordt in feite bepaald door de machine-gebruiker. In het ene geval zal men ge!nteresseert zijn in een maximale spaanproduktie, ongeacht de elektrode-slijtage, in het andere zal men de eis een minimale elektrode-slijtage stellen, bij een redelijke spaanproduktie. Daarnaast kan men

b.v. eisen stellen aan de oppervlakte ruwheid, de maatnauw-keurigheid, de vormnauwkeurigheid of een combinatie van deze afbankelijke parameters.

Wij zullen als optimale ins telling die ins telling definiUren waarbij de maximale spaanproduktie en de minimale relatieve elektrodeslijtage verkregen wordt, bij een vast ingestelde

A· generatorpulsduur t. en stroomsterkte i •

1 e

Het vorikerosieUffekt bestaat uit het verwijderen van materiaal-deeltjes door middel van warmteeffekten verkregen uit de

doorslag van elektrische vonken. De warmteontwikkeling i~ de

. .

werkspleet zal worden vastgelegd door de toegevoerde hoeveelheid energie per puls:

vi = e

Het gemiddelde vermogen bedraagt per generatorpulsperiode:

(16)

8

-De totale energietoevoer in een bepaalde bewerkingstijd kan vergroot worden door:

- vergroting van de spanning over de werkspleet, - vergroting van de stroom,

- verkleining van de pulsintervaltijd to' - maximaliseren van de relatieve pulsduurf.

Het proces legt de spanning over de spleet vast.

De stroom door de spleet bepaalt mede de oppervlakteruwheid van het werkstuk zodat deze niet willekeurig instelbaar is. De stroom wordt als onafhankelijke parameter gekozen uit bewerkingsmonogrammen.

Verkleining van de pulsintervaltijd t is een aantrekkeIijke

o

mogelijkheid, echter tussen elke spanningspuls moet een ( indien mogelljk

minimal~rustperiode aanwezig zijn voor het detoniseren van de werkspleet te garanderen en voor het transport van de spaan-deeltjes uit de werkspl~et naar buiten. Er bestaat geen keuze veor een absolute minimale pulsintervaltijd t • _. ₀

Het maximaliseren van de relatieve pulsduur is mogelijk door o.a. werkspleetverkleining.

Een minimale ontsteekvertraging moet echter aanwezig zijn als bewijs veor een goed gedetoniseerde werkspleet tijdens de rustperiode to.

De ontsteekvertraging heeft een stochastisch karakter en zal dus voor elke spanningspuls verschillend van grootte zijn.

De verwachting is dat het gedefinieerde optimale proces bereikt word t wanneer de puIs interval tijd t _ogeminimaliseerd word t en de relatieve pulsduur gemaximaliseerd.

'.,

.i

...

. , I

(17)

-9-1.5. Prob1eemste11ing.

Voor het verwezenlijken van het gedefinieerde optimale

procesver1oop moe ten machineinste11ingen verricht kunnen worden. Het minima1iseren van de pu1sintervaltijd to is mogelijk

met de statische pu1sgenerator.

Het maximaliseren van de relatieve pulsduur ~ is minder een-voudig omdat het vonkerosieproces afhankelijk is van een

aantal grootheden en instellingen zoals o.a. de servobesturing, de di~lektrikumdoorstroming door de e1ektrode, de druk, de doors1agvastheid en vervui1ing van het di~lektrikum, de keuze van materiaalcombinatie e1ektrode/werkstuk, etc.

Getracht za1 worden de maxima1isering van de re1atieve pu1s-duur ~ te rea1iseren met de besturing van het servomechanisme en de di~lektrikumdoorstroming.

Omdat het ver100p van het vonkerosieproces afhanke1ijk is van een groot aantal machineinste11ingen en de uit het proces verkregen variabe1en, die ook onder1ing afhanke1ijk zijn, zal de machinebesturing niet te realiseren zijn met behu1p van de uit de k1~sieke rege1theorie bekende PID - rege1aar.

(18)

2.

-w-Adapterend regelen.

Van Dale: Regeling door middel van aanpassing.

Inleiding.

Systemen waarbij grote en niet voorspelbare ~ariaties optreden

I , t •

kunnen adaptief geregeld worden. Regeling via de klassieke methodes komt niet in aanmerking omdatde niet voorspelbare verschijnselen een te geringe bekendheid bezitten.

De ~ffekten van betrekkelijk grote verstoringen kunnen snel geneutraliseerd worden door het systeem zich te laten

aanpassen aan de gewijzigde toestand. Om de aanpassing te realiseren worden systeemparameters gewijzigd.

Kenmerkend voor een adaptief geregeld systeem is het streven van de regeling naar een optimalisatie., In aIle gevallen . moet er een nastreefbaar waarderingskriterium gedefinieerd

zijn. De regeling tracht zo optimaal mogelijk aan het waarderingskriterium te voldoen.

De adaptieve regelaar meet het waarderingskriterium waarbij

gebruik wordt gemaakt van zowel de ingangs- en uitgangsvariabelen als de momentane toestand waarin het systeem zich bevindt.

Op grond van de vergelijking van het gewenste kriterium(en het gemeten)worden de systeemparameters zodanig gewijzigd

(en eventueel ook de ingangsgrootheden) dat het verschil gemiuimaliseerd wordt.

Ten opzichte van de bekende regelkringen, terug- en voorwaartskoppeling, onderscheidt de adaptieve regelaar

zich door het aanpassend gedrag op grond van systeeminformatie die achteraf beschouwd wordt. De adaptieve regelaar staat dus hi~rarchisch op een hoger niveau dan de bekende regelaars.

(19)

11

-In het algemeen onderscheidt men een primaire regeling die

sne~ en weinig flexibel is en een secundaire regeling die langzamer is en meer informatie verwerkt (zie fig. Q ).

~~~ ie i . . r T " -in Fig.

2..

REGELAAR adaptief ·instelbaar PROCES adaptief instelbaar MEETOMZETTER (onderlus)

Algemeen overzicht van een adaptieve regelaar. uit

De primaire regling is meestal opgebouwd uit een aantal goed gedimensioneerde terugkoppelkringen (onderlussen). De secundaire regeling komt in werking wanneer een zodanig grete variatie in de systeemvariabelen optreedt dat een kompensatie door de primaire regeling niet meer mogelijk is.

Om het aanpassend gedrag van een regelaar te realiseren is het noodzakelijk geinformeerd te zijn over:

- het systeemgedrag: Door het verzamelen van meet-gegevens of het mak.en van een model kan dit vastgelegd worden.

- het betnvloedingsmechanisme: De omzetting van verkregen informatie naar een of meerdere stu.ursignalenwo:rdt als zodanig beschouwd.

(20)

-

12-- het gewenst gedrag: Dit moet worden vastgelegd en kan van uiteenlopende aard

zijn, zoals b.v. tijdoptimalisatie, kostenminimalisering, procesoptima-lisering, etc. 2.1. Modeladaptatie. r In fig.

a.

Fig. 3.

wordt de mogelijkheid van modeladaptatie gegeven.

Modeladaptatie

-Ym PROCES

-~---~y AD.APTIEVE REGELAAR

Met behulp van de bekende eigenschappen van het fysische systeem wordt het model opgesteld dat, binnen de beperkingen die het systeem

stelt, de gewenste systeemoverdracht geeft. Het model wordt paralel met het systeem zelf geschakeld. Het signaal yet) is een maat voor de afwijking tussen de modeluitgangYm(t) en systeeIlD.li tgang Co ( t). De adaptieve regelaar kan ingrijpen op de systeemparameters en eventueel signaaladaptatie ui tvoeren.

Ret stoorgedrag kan bij bekende storing verbeterd worden door direkte toevoer naar adaptieve regelaar.

(21)

13

-Een van de belangrijkste eigenschappen van dit adaptieve systeem is de hoge snelheid van adaptatie die mogelijk

gemaakt wordt door de direkte meting van het verschilsignaal.

Een nadeel is dat een zekere voorkennis over het model of adaptief in te stellen systeem aanwezig moet zijn voor het toepassen van dit type adaptieveregelaar.

De mogelijkheid van het aanpassen van een adaptief instelbaar model aan het systeem is ook mogelijk (zie fig.

If ).

K

adapt. inst~ ingangssign.

PRoeES

ADAPTIEF INST. MODEL

~===========t--M-OD-EL--PAruU~~~-T-ETI-1-S--~K=====~

Fig.

'-f.

Adaptief instelbaar model.

Het instelbaar model wordt paralel aan het systeem geplaatst. Na aanpassing van het model aan het systeem kan het gebruikt worden voor de systeemsturing. Op deze wijze kan men zelflerende robots realiseren.

Het toepassen van modeladaptatie bij het besturen van een _, vonkerosiemachine is vrijwel o;nmogelijk daar het opstellen van een model van het procesgebeuren b~jzbnder complex is of zelfs onmogelijk.

(22)

14 -1.1.

Adaptatie zonder gebmik te maken van een model.

Wanneer het verband tussen ingangs- en uitgangsgraotheden niet besohrijfbaar of niet 1iniair is, kan men gebmik maken van een adaptieve rege1aar die maohineparameters inste1t op grand van ingangsinformatie (voorinste11ingen) en de informatie, in de vorm van meetgraotheden, die verkregen is tijdens het in werking zijn van het prooes.

Een voorwaarde is dat de meetgrootheden het gewenste optimale prooes moe ten karakteriseren. Bovendien moeten aangebraohte wijzigingen in de parameters oonstateerbaar zijn in de meet-grootheden

Een nadee1 van deze adaptieve rege1aar is de vo11edige afhanke1ijk-heid van het meetinstmment en de moge1ijkafhanke1ijk-heid dat drift in

de meetwaardes het prooes kunnen be!nv1oeden door foutieve parameterinste11ingen. Bovendien dient men rekening te houden met gemaakte meetfouten en het uitva11en van het meetinstru.ment. Omdat er geen systeembesohrijving aanwezig is bestaat niet de moge1ijkheid om vooraf te bepalen welke vo1gende ins telling van parameters de meest optimale is. De regelaar:,maakt hierbij dankbaar gebmik van de z.g.n. heuvelk1immethoden.

Op verstandige wijze wordt gebmik gemaal<:t van de resultaten uit voorgaande metingen en inste1lingen om de optimale ins telling

te bereiken. De rege1aar besohikt tevens over teohnologisohe gegevens over het prooes om in extreme situaties de juiste beslissingen te kunnen nemen.

Bij de heuve1klimmethode worden ~~n of meerdere parameters gewijzigd en het resultaat hiervan wordt vergeleken met het waarderingskriterium. Wanneer het resu1taat positief is worden de parameters nogmaals gewij zigd. De wij ziging word t zo vaal<: uitgevoerd tot de optimale instelling bereikt is.

De voorinstellingen worden vaal<: door de regelaar berekend op grand van de informatie die de gebmiker opgeeft, of informatie die verkregen is ui t voorgaande identieke bewerldngen of experi-menten.

(23)

15

-2.). De digita1e rekenmaohine.

De huidige miorooomputersystemen, meesta1 met hoge graad van f1exibi1iteit, maken het moge1ijk comp1exe

ze1frege1ende systeembesturingen te rea1iseren.

Een, eventuee1 tussentijdse, verandering in de rege1ende of adapterende werking van de besturing kan gerea1iseerd

worden door het wijzigen van een reeks ( machine ) instrukties. Een nadeel van de microcomputer is, ondanks zijn hoge sne1heid, de sequenti~le werking.

Rierdoor is het onmogelijk om meerdere handelingen tegelijkertijd te doen.

Gedeeltelijk wordt dit ondervangen door het werken met interrupt signalen die het programma tijdelijk onderbreken voor informatieverwerking met aandacht vragende apparatuur a1 of niet met hoge prioriteit.

Door de sequenti~le werking zlJn houdsohakelingen ( tussengeheugens ) voor in- en uitgangssignalen nodig. Met een al of niet variabele bemonsteringstijd worden

de tussengeheugens uit- of inge1ezen en van informatie voorzien.

Microcomputers zijn veelal ontworpen voor 8 of 16 bit woorden.

Het oplossend vermogen voor een 8 bit signaal is kleiner

dan vier promil1e.

Digitale informatie kan uit een ana100g signaal verkregen

(24)

-

16-;. Parameterkeuze bij het inste11en van een vonkerosiemachine.

Eenmalig in te stellen parameters.

Voor de keuze van machineparameters voor de aanvang van een bewerking worden bewerkingsmonogrammen gebruikt.

Zie 1iterat\.4ur ( i ), bIz 49. De gebruiker moet een keuze doen uit een groot aantal parameters in de hoop dat deze ins telling voor de bedoelde bewerking inderdaad de optimale instelling is. De onafhankelijk in te stellen parameters zijn weergegeven in

tabel 1 voor een machine zonder en in tabel 11 voor een machine met een adaptieve regelaar.

Onafhankelijke parameters.

generator: - p<.llsduur t. (us)

1

- intervaltijd t (us)

0

- open spanning

u·

\ (V)

- polariteit

+/-- stroomsterkte i _(A)

e

servo: - referentiewaarde

voor spleetbreedte theta - verste~king in

terugkoppe1ing K

elektrode/werkstuk: - materiaalparing - geometrie

spoeling: - debiet instelling q (mm Is) 3

- druk van dielektrikum p (pascal) - keuze van soort

dielektrikum

- methode van spoeling

tabel 1: De keuze van machineparameters zonder adaptieve regelaar.

(25)

17 -Onafhankelijke parameters

generator: - pulsduur t. (us)

~ - open spanning ~. L (V) - polariteit

+/-- stroomsterkte _ie (A) elektrode/werkstuk: - materiaalparing - geometrie

spoeling: - keuze van soort

dielektrikum

- methode van spoeling

Tabel 11. :De keuze van machi.neparameters bij toepassing van een adaptieve regelaar.

Het aantal door de gebruiker te kiezen Qnafhankelijke

parameters is bij het toepassen van de adaptieve regelaar afgenomen. Door de voortdurende vTijzigiI1..g van de door de adaptieve regelaar bepaalde parameters zal het proces in het optimale werkpunt terechtkomen.

Debewerkingsmonogrammen kurlrlen bij toepassing van de adaptieve regelaar vereenv0udigd worden tot de grafieken:

oppervlakteruwheid (Ra), de relatieve volumetrische

elektrodeslijtage (~) en de zijspleet (s ) als funktie van o

de generatorpulsduur.

(Voor het vergelijken van adaptief geregelde machines onder-ling is de spaanprodukUe noodzakelijk) ,.

De machinegebruiker stelt de generatorpulsduur en de puls-stroom in afbankelijk van de gewenste ruwheid of de maximaal toelaatbare relatieve volumetrische elektrodeslijtage.

(26)

18

-Bij vo1doende geheugenruimte in de microcomputer is het moge1ijk om ook de bewerkingsmonogrammen op te nemen. De machineinste11ing geschiedt gehee1 zelfstandig door de

computer op grond van techno1ogische parameters vermeld in tabe1 11 ,met uitzondering van de generatorparameters~

en de door de gebruiker opgegeven informatie over opperv1akte ruwheid en re1atieve vo1umetrische elektrodeslijtage en

eventueel de gewenste zijsp1eet.

3.1. Parameterwijzigingen door de microcomputer.

De vo1gende machineparameters komen in aanmerking voor wijziging gedurende de erosieve bewerking op grond van verkregen meetgegevens.

V~~r de generator:

V~~r de servo:

De pulsintervaltijd to

Sp1eetgrootte referentiewaarde theta Versterkingsfaktor in de terugkoppel1us

V~~r de dielektrikumverzorging:

- De die1ektrikumstroom q

V~~r de stroomversterkers:

(27)

19 -4.

De adaptieve regelaar gekoppeld aan de vonkerosiemachine.

De adaptieve regelaar is een microcomputer van het type 80/20 (Intel) met een geheugencapaci tei t van 4 k woomen in RAM en 8 k woomen in ROM (een woom is 8 bit groot).

Om de machineinstellingen en de wijziging van de parameters mogelijk te maken moet de microcomputer in staat zijn in te kunnen grijpen op:

- de generator - de servobesturing

- de di~lektrikumverzorging - de stroomversterkers

Bovendien moet voor het verkrijgen v~~ voldoende procesinformat~e

eeL digitaal meetsysteem aarr~ezig zijn. In fig. 5 is een principi~le opzet gegeven van de machinetesturing.

, hulpvariabelen

GE:NERATOR STROOM PROCES MEETSYSTEEM

...

'+-VERSTERKERS - spanning- en

stroom-i

f+ verloop

- di~le~trikum doorstroming

I

,

_•

DIELEKTRIKUM

t

SERVO

...

PJJAPTIEVE REGELAAR

t

BESTIJRING

rig. 5". Principi~le opzet machinebesturing.

Het meetsysteem moet in staat zijn het vonkerosieproces zo goed mogelijk te karakteriseren. V~~r dit doel is het digitale

meetsysteem ontwikkeld en gebouwd dat procesinformatie verzameld op grond van het spanningsverloop over de.werkspleet. Het meet-systeem is samengesteld uit de drie onderstaand beschreven delen.

(28)

20

-4.1. Pulsklassering.

De karakteristieke processpanning van ~~n generatorpuls wordt vergeleken met een vierta1 gedefinieerde spanningsverlopen. We onderscheiden de erosie-, de boog-, de open- en de

kortsluitpuls. De pu1sen worden geklasseerd op basis van de processpanning op een bepaald tijdstip zeals is "reergegeven in figuur b

Zoals uit figuur

b

blijkt worden alleen de kortsluit-pulsen en de boogpu1sen geklasseerd op basis van het spannings-verloop gedurende de gehe1e tijdspanne tl tot. t₂, zodat deze twee pu1svormen een betere procesidentificering geven dan de klassen "erosie" en "open" die op resp. twee en ~~n tijdstip de spanning vergelijken met de gewenste waardes.

Elke generatorpuls wordt ingedeeld in ~~n van de -vier klassen (EBOK) •

Het aantal generaterpu1sen v~~ elke klasse wordt geregistreerd in een 8 bit (1 byte) teller. r1aximaal zijn dus per klasse 255

pulsen mogelijk.

Het aantal pulsen dat per meetcyclus geteld wordt, wordt bepaald

~

door het "deel tal". Wanneer "deel tal" ger.eratorpu1sen geteld zijn worden de inhouden van de tellers per klasse doorgegeven naar tussengeheugens die de informatie gedurende de volgende deeltal pulsen blijven vasthouden. De microcomputer

kan gedurende deze tijd de inhoud van de geheugens inlezen en verwerken. Zie figuur

6

4.2. De relatieve pulsduur.

def:

1

= pulsontladingstijd te generatorpulsduur t.

~

of de gemiddelde relatieve pulsduur

waarbij N het aantal generatorpulsen is waa.rover gemeten wordt.

(29)

U

=

35

V TG _gelleugen=.... tussen-E B TG

o

TG K systeembus.

(30)

t

~

e 8 bit teller

r..t

_e

..

DAC I 22

-8 bit teller 8 bit teller

Analoge deling

t

ADC

I

!:::=====~~ D ..Jj. " A tussen-geheugen C

Jl

DAC

, ft.JJ,.

naar systeembus. I 8 bit teller

1

optische weergave

Fig. 7. Bepaling van de geroiddelde relatieve pulsduur.

Opmerking.

Overflow in de tellers is mogelijk bij een software te groot .geprogrammeerd deeltal ten opzicht van de generatorpulsduur t.

(31)

23

-De rela tieve pulsduur

f

word t door de hardware bepaald en aan de microcomputer in een een byte woord aangeboden (zie figuur

r ).

De registratie van de generatorpulsduur t. en de pulsont1adingstijd

].

t geschiedt door het tellen van het aantal pulsen afgegeven door

e

een 10 M HZ generator gedurende deze tijden (pulsduur 100 ns op een minimae,l mogelijke t. van een microseconde).

].

Na de tijdregi.stratie worden de digitale waardes teruggebracht tot

~en binair geta1 van maximaal acht bit, ( gete1d wordt tot 16 bit ). Dit wordt gerealiseerd door het roteren van de meetwaardes.

De minst significante bits komen hierbij te vervallen.

De roteerprocedure is reeds noodzakelijk voor de generatorpulsduur van 26

pSe

en grater. Na het roteren worden de digita1e waardes

omgezet (DAC) naar twee analoge signalen die op elkaar gedeeld worden. De zo verkregen relatieve pu1sduur

<f

word t van analoog naar

digitaal omgezet voor de veIWerking door de microcomputer" De digitale waarde voor ~wordt tijde1ijk in een tussengeheugen gezet.

De gemiddelde relatieve pulsduur, gemeten over meerdere generator-pulsen, word t verkregen door de delir.g van de totaalsom van zowel pulsduur als pulsontladingstijd. Het aantal pulsen waarover

gemiddeld wordt is gelijk aan het deeltal.

DE RELATIEVE PULSDUUR

f>

WORDT DOOR DE HARDWARE NUL GEMAAKT IN DIE SITUATIES WAARIN DE PULS ALS BOOG OF ALS KORTSLUITING WORDT GEKLASSEERD.

4.3.

De ontsteekvertragingstijd

td!-De ontsteekvertragingstijd wordt geregistreerd door het tellen van het aantal pulsen van de 10 MHz klokgenerator gedurende deze periode.

Door de ordegrootte van de ontsteekvertraging is het noodzakelijk (max. t.) tenminste 10 bit teller toe te passen. _].

(32)

1

24

-Omdat de ontsteekvertragingstijd over deeltal generatorpulsen wordt gemeten (sommering individuele td per puIs) zijn de tellers uitgevoerd in tweemaal acht bit tellers (2 byte).

Na het verstrijken van deeltalgeneratorpulsen worden de

tellerstanden in de twee tussengeheugens geplaatst. ( zie fig.

8 ).

De microprocessor heeft dus twee inleesstappennodig voar het

lezen van de ontsteekvertraging.

t

8 bit teller 8 bit teller

td td I t ~~ ~ 7 ~ TG td ls td ms

f

₁

& naar systeembus.

(33)

25 -5

• Uitbreiding van de machinebesturing •

Nadat het meet- en stuursysteem was opgebouwd zoals in fig;.

5

is weergegeven, is getracht de machinebesturing software te realiseren.

Vast kwam te staan dat de servobesturing per tijdseenheid zo vaak van nieuwe informatie voorzien moest worden dat er geen tijd resteerde veor de besturing van de overige machine-funkties.

De besturing is uitgebreid met een tweede microcomputer met als taak ui tslui tend de servobesturing (zie fig •

.9 ).

f hulpvariabelen

GENERATOR STROQr·1 PROCES

l::i.l!;HVU-I-- _VERSTERKER

_r-

_~

MICRO-CO:MPlJTER • i' •

_~

MEETSYSTEEM E,B,O,K, ,td

II

HOOFD- MICRO-COMPUTER

Fig.

9 •

Opbouw gerealiseerde machinebesturing.

Opmerking;

De di~lektrikumverzorging en de sturing van uit de hoofd-microcomputer is nog niet gerealiseerd. Het is een problee~

stelling op zichzelf omdat het een regeling van zeer kleine hoeveelheden (10 - l04mm3/s ) door metaaldeeltjes vervuilde vloeistof betreft.

(34)

26

-Als spleetbreedtesensor voor de servobesturing wordt de

ontsteekvertraging gebruikt zodat deze bij de systeemuitbreiding tweemaal moet zijn uitgevoerd. De servomicrocomputer heeft

in regeltechnische zin een onderlusfunktie.

De hoofdmicrocomputer is de adaptieve regelaar die de informatie-stromen co~rdineert en de juiste beslissingen moet nemen om het proces naar het optimale werkpunt te sturen op grond van meetgegevens verkregen uit de pulsklassering, de gemid-delde relatieve pulsduur ~ en de ontsteekvertraging td.

5

_{• •}

1 Funktie van het deeltal.

Omdat de generatorfrequentie van de vonkerosiemachine ligt tussen 0,5 MHz en 0,5 kHz is het, vooral bij de hogere frequenties onmogelijk om aIle meevNaardes, verkregen uit elke spanningspulsJin de microcomputer in te lezen.

Om deze reden wordt er gemeten over een groep van generatorpulsen.

Gedurende de meetcyclus worden meetwaardes gesommeerd

in tellers die hun informatie na be~indigen van de cyclus in tussengeheugens plaatsen (cycluslengte :deeltal1pulsperiodetijd)

Na het inlezen van de tussengeheugens start de meetcyclus . opnieuw en tegelijkertijd worden de opgeslagen meetwaardes door de microcomputer ingelezen.

Het deeltal bepaalt de numerieke grootte van de groep generatorpulsen waarover gemeten wordt.

De prograwmatuur bepaalt het deeltal op basis van de

grootte van de generatorpulsduur ti en de pulsintervaltijd to. De hardware zorgt, bij de juiste aansturing met behulp

van de software, voor de verdere informatieverwerking tussen de tellers en de tussengeheugens.

(35)

27

-5.2. Gedetail1eerde systeembeschrijving •

..

In fig. A. (append.) is een gedetai11eerd overzicht van de complete machinebesturing weergegeven.

Onder het PROCES wordt het vonkerosieproces verstaan zoals het p1aats vind t in de werksp1eet met be!nv1oeding van de. verschi11ende parameters.

Aan het PROCES is een CONDITIONER gekoppe1d die zorg draagt voor de juiste synchronisatie van de meetsigna1en en de generatorpulsen. Bovendien "bewerkt" hij de signalen zodanig dat ze geschikt zijn om verwerkt te worden in de overige meetsensoren. De grenzen voor de spanningsniveau's ten behoeve van de pu1sklassering (U

H en uL) kunnen op de conditioner continue variabe1 ingeste1d worden.

Aan de conditioner is een 10 MHz k1okgenerator gekoppe1d, welke pu1sen afgeeft voor de tijdregistratie (t_d, t

_e,

t_i ,). Omdat de conditioner niet software bestuurbaar is zal

deze niet verder beschouwd worden.

Aan de conditioner is gekoppe1d de pu1sk1assering en de bepa1ing van het gemidde1de re1atieve pu1sduur

'f

zoa1s voorgaand is beschreven (al1een de tussengeheugens aange-sloten op de systeembus zijn aangegeven).

De registratie van de ontsteekvertraging is tweemaal identiek opgebouwd in de vorm van twee 8 bit tellers met aangekoppelde tussengeheugens.

De informatie ui t de meetsensoren ken op de "DATI" systeembus gezet worden door adressering van ~~n van de tussengeheugens.

De microcomputer zal nu de informatie van de bus kunnen overnemen.

(36)

- 28

-V~~r het realiseren van machineinstellingen is de systeem-bus "DATO" aa:ngebracht. De microcomputer zet op de systeemsysteem-bus de juiste informatie die van de bus wordt overgenomen door het tussengeheugen nadat het geadresseerd is. Op dato zijn de generator, de stroomversterkers en het deeltal tussen-geheugen aangesloten.

Het deeltal wordt vergeleken met het aantal reeds getelde generatorpulsen en wanneer beide aan elkaar gelijk zijn wordt kortstondig (21 )ls) de lijn "bereiken deeltal"

(tlRDII of sofware "CNTR") geactiveerd. Op hetzelfde moment worden de tussengeheugens van nieuwe informaties voorzien. De adressering van detussengeheugens word t software gerea.-liseerd door uitgifte van het tussengeheugenadres op de

bus "CHIP". De tlADRESSERING" zorgt voor de decodering van het uitgegeven adres en aktiveert het tussengeheugen. Met de

chip-bus wordt het systeem ook ge!nitialiseerd door uitgifte van een commando "START METING" en "HERHAALD METENtf

(zie gewijzigde monitorprogramma's).

De servomicrocomputer krijgt op de twee ingangspoorten di-rect de ontsteekvertraging aangeboden en kan deze zonder adressering inlezen. De uitgaande bus van de servom.c. stuurt het servomechanisme dat bestaat uit een elektrisch hydraulische omzetter en een liniaire servomotor.

De hoofdmicrocomputer moet in staat zijn de servom.c. te kunnen starten en voorzien van informatie.

Dit geschiedt door twee communicatiepoorten (lijnen) tussen de computers. Bij gebruik van de 1ijnen wordt een interrupt gegenereert zodat de beschikbare informatie overgenomen kan worden.

(37)

De beide microcomputers beschikken over de gezamelijke ~~n

bit lijn "bereiken deeltal" (nBOIt) nodig voor de juiste synchronisatie van het systeem. Na het aktief worden van BO

word t de informatie ingelezen.

De procesvoortgang kan in getalvorm worden weergegeven op een aangesloten beeldscherm. Het beeldscherm behorend bij servom.c. is niet strikt noodzakelijk en wordt alleen

gebruikt bij programmawijzigingen en experiment en met de servobe s turing.

De hoofdmicrocomputer kan een snelle ponsmachine besturen. Door de informatieopslag in de ponsband is het mogelijk

theoretische processtudies te verifi~ren met experimenteel verkregen meetwaardes. De synchronisatie met de hoofdm.c. geschiedt op interrupt basis.

In het systeem zijn ter storingsonderdrukking optische koppelingen tussen de verschillende spanningsniveau's aange brach t.

(38)

-

30-5.3.

Het verrichten van de meting.

De microcomputers controleren of het signaal "ED" geakti veerd is. Indien dit niet het geval is zal hierop gewacht worden. Ua aktivering worden de tussengeheugens E,B,O,K,

r

en td in

deze volgorde door de hoofdmicrocomputer ingelezen. Dit gescbiedt door eerst bet tussengebeugen te adresseren en daarna de

informatie in te lezen vanaf de dati bus. De meetgegevens worden na inlezing in bet gebeugen geplaatst (zie subroutine NEET).

Ook de servomicrocomputer zal na aktivering van "ED" de ontsteekvertraging gaan inlezen.

In fig.

10.

is een tijddiagram voor de informatieverwerking ,..reergegeven. generatorpuls It lID It

-Il

---~n~

________

____

~fl~

_____________

n~

(39)

31

-5 4

_•

_• Machineinstellingen met behulp van de microcomputer.

De adaptieve procesregelaar moet in staat zijn de parameters via de software routines op de machine in te stellen.

Om dit te realiseren is een acht bit datalijn, genaamd "dato", aangebracht. Op deze datalijn, uitgevoerd als ·systeembus,

worden de verschillende tussengeheugens die van de microcomputer informatie ontvangen aangesloten. Een tussel~eheugen neemt

de informatie van de "dato" over op het moment dat hij geadresseerd wordt door de "chip" selektor. (rl~

A.)

In de adresseerlijn is een differenti~rend netwerk aangebracht zodat ~~n tussengeheugen niet meerdere malen achter elkaar ingelezen kan worden. Dit is weI realiseerbaar door de "chip" selektor tussen twee dezelfde adresseringen in een ander loos tussengeheugen te laten adresseren. Deze laatste procedure is

'*

ui tgevoerd bij de adressering van het "stroom" tussengeheugen.

Momenteel zijn met de hoofdmicrocomputer de volgende machineinstellingen realiseerbaar.

De generator.

De generatorinstelling voor zowel de pulsduur t. als de

~

interval tijd to kunnen liggen tussen 1 ps. en 999 )ls.

V~~r de aansturing van de generator zijn dus per instelling twee 8 bit tussengeheugens noodzakelijko De inlezing door de microcomputer geschiedt in fasen volgens de subroutines "TOIN"· en "TIIN".

De stroominstelling.

De ins tel bare waardes voor de stroom liggen tussen 0 en 65

amp~re met stapgrootte van 1 A. De stroomgrootte wordt

via de inleesprocedure "ILES" decimaal ingelezen en omgezet naar een hexadecimaal getal (software genaamd "STROM").

(40)

32

-Het hexadecimale getal wordt omgerekend naar een stroomcode (software genaamd tlMSTRtt) welke nodig is voor het aansturen van het hardware gerealiseerd decoderingsnetwerk voor de ins telling van stroomversterkers (zie tevens de subroutine

STRCD). De stroominstelling van 0 A. is nodig voor het periodiek lichten van de elektrode te realiseren.

In de stroomcode zit tevens verwerkt de keuzemogelijkheid voor het al of niet toevoegen van de hoogspanning.

Het deeltal.

Het deeltal, dat software bepaald wordt, kan elk geheel getal tussen 1 en 255 zijn. Het wordt eenmalig uitgegeven naar de interface.

5.5.

De grootte van het deeltal.

De synchronisatie van de microcomputer met de vOnkerosie-machine vindt plaats door het ~~n bit signaal "ED" (bereiken deeltal).

Uit fig. 10 is de te kiezen grootte van het deeltal afleid-baar n.l. het produkt van het deeltal en de generatorpuls-periodetijd moet groter of gelijk zijn aan de langste tijd nodig voor het inlezen van de tussengeheugens.

(41)

33

-De microcomputer met de langstdurende software routine bepaal t dus de maximale frequentie van het controlesignaal

"BD".

De hoofdmicrocomputer moet zeven tussengeheugens achter elkaar i?lezen tegen de servomicrocomputer twee zodat de eerste de

meeste tijd nodig he eft voor informatieinname

De duur van een inleesroutine voor zeven tussengeheugens is uitgedrukt in machinecycli:

(Zie software subroutine MEET)

10 + 7 + 5 + 7 ~ (59) benodigd voor adressering resp.

inleesrou tine e n . ' 7 + 10 + 10 + 7 +10 nodig als het bit "CNTR" opkomt tijdens het einde van de instruktie "IN Ot., H" In totaal dus 479 machinecycli.

strikt genomen zouden wij deze waarde kunnen verminderen met de machinecycli welke doorlopen worden na het inlezen van het laatste tussengeheugenc

\'[e nemen echter enige reserve mede ook omdat in de praktijk mogelijk is dat het bit

"BD"

niet de eerste maal juist geInterpreteerd wordt.

We stellen dus dat we ca. 500 machinecycli nodig hebben voor volledig en juist inlezen van de meetwaardes.

Net de klokfrequentie van 2,154 NHz. betekent dit een inleestijd van 232 microseconden.

In verband met onnauwkeurigheid in zowel de generatorfrequentie als de kIokfrequentie van de microcomputer nemen wij een

inleestijd van 240 microseconden.

De minimale periodetijd voor het bit "BD" bedraagt 240 microsecond en.

De maximale periodetijd van "BD" word t bepaald door het werkelijke deeltal en de ingestelde pulsperiodetijd,

Het deel tal word t op basis van de eis voor de minimale periodetijd als voIgt bepaald:

(42)

deel tal _ 240 )J.S

tp

34

-Het deeltal kan de waarde ~~n tot en met 225 aannemen. Wanneer over deeltal generatorpulsen gemeten worden, zullen de EBOK - tellers tesamen deeltal pulsen bevatten, het

rendement wordt als gemiddelde over deeltal pulsen gegeven en de ontsteekvertragingstijd is de totaaltijd verkregen uit elke individuele ontsteekvertragingstijd per puIs.

Berekening van het deeltal.

V~~r de besturing van de servo is het noodzakelijk dat de totale gemeten ontsteekvertragingstijd over deeltal

generatorpulsen als geLuddelde waarde per puIs berekend wordt. P~ertoe wordt de ontsteekvertraeingstijd gedeeld door het deeltal. Deze deling geschiedt door het herhaald aftrekken van het

deeltal van de totale gerneten tijd.

Het aantal malen dat de aftrekking mogelijk is, is de gemiddelde ontsteekvertragingstijd per puIs.

Deze a.ftrekprocedure kan, in het byzonder vla.'1!leer het deel tal klein is en de gemeten ontsteekvertragingstijd groot, lang duren i.v.m. de te,doorlopen sofhlare routines.

Hierdoor ontstaat faseverschuiving tussen gemeten en berekende waarde.

Vooral bij de servomicrocomputer mag deze faseverschuiving niet te groot zijn i.v.m. instabiliteit van de regelkring. Om faseverschuiving te minimaliseren is gekozen voor een deeltal van de grootte 2x waarbij x60,l,2,

7.

De deling geschiedt door rotatie van de ingelezen ontsteekvertragingstijd.

Elke rotatie betekent een deling door twee waarbij de minst sigr~fikante bits komen te vervallen.

De DOtatieprocedure is vele malen sneller dan de deelprocedure. In de hoofdmicrocomputer is het tevens mogelijk om een

"snel deel" subroutine toe te voegen die, indien mogelijk kan delen door 2 tot de macht x.

(43)

35

-Bij toepassing van bovengenoemd dee1ta1 1igt de

minima1e en maxima1e periodetijd van het signaa1 "ED" vast en bedragen: minima1e periodetijd ma.ximale " >r = 240

Jls

= 480

y.s

In fig. 11 is de macht van het dee1ta1 uitgezet tegen de generator-pu1speriodetijd.

Wanneer fouten optreden in de besturingshardware is het in de meeste geva11en aan te beve1en te starten met de contro1e op het periodiek optreden van "BDl!.

(44)

MACHT van DEELTAL 7 6 5 4 3 2 1

o

·

-1 2 5 10 ₂₀ ₅₀ ₁₀₀ 2l 0

Fig.ll. Het deeltal en maoht van deeltal als funktie van de pulsperiodetijd. l-f ~ C-DEELTAL 128 64

32

16

8 4 2 1

(45)

31 -6. Het .servomechanisme.

Door het materiaalverwijderende effect van het vonkerosieproces zal de werkspleet in grootte steeds toenemen totdat bij

overschrijding van een te kleine spanningsgradi~nt het proces stopt. Het servomechanisme voorkomt dit door het constant houden van de spleet. De omgekeerde

bewegingsrich-t:ing van de servomotor moet echter ook mogelijk zijn om ,.I

kortsluitingen te kunnen opheffen. In de kortsluitsituatie is een grote reaktiesnelheid te prefereren om ~e voorkomen da t werkstuk en elektrode beschadigd worden en da t zo weinig mogelijk generatorpulsen in de kortsluiting verloren gaan. Na opheffing van de kortsluiting moet de servomotor repro-duceerbaar op dezelfde positie terugkomen om een goede maatnauwkeurigheid van het werkstuk te garanderen.

Voor het constant houden van de werkspleet is het noodzakelijk

over een goede spleetbreedtesensor te beschikken. De sensor moet liefst geheel onafhankelijk zijn van de andere parameters en procesvariabelen. In de praktijk blijkt dit niet realiseer-baar te zijn. Bovendien moet de spleetbreedtesensor:snelle procesveranderingen kunnen volgen om een grote reaktiesnelheid te kunnen verwezenlijken.

Een goede sensor voor de spleetbreedte is de ontsteekvertrag-ing. Immers bij grote werkspleten zal de ontsteekvertraging

groot zijn, terwijl bij kortsluiting de ontsteekvertraging nul is.

Er be staat zeker geen liniaire verband tussen de ontsteek-vertraging en de spleetbreedte. Ook de literatuur geeft geen uitsluitsel'over het werkelijke verband. Uit een voorstudie

(Ii t. ('-I ) , gemaakt voor de toepassing van de ontsteek-vertraging als spleetbreedtesenso?wordt afhankelijkheid tussen vloeistofsnelheid in de werkspleet en de ontsteekver-traging aangetoond.

(46)

38

-Grotere vloeistofsnelheden zullen een grotere ontsteekver-traging geven zodat voor het verkrijgen van dezelfde gemiddelde ontsteekvertraging een spleetverkleining gerealiseerd moet worden. Hierbij dient men tevens rekening te houden met di~lektrikumsnelheidsveranderingen bij een bewegende servomotor. Een bewegingsomkering van de servomotor geeft een hysteresus effect in de ontsteekvertraging.

De ontsteekvertraging heeft het karakter van een stochastisch proces d.w.z. dat vooraf de grootte van de variabele niet voorspelbaar is.

De opbouw van de hydraulische servobesturing is in fig •

.2.2

weergegeven.

6.1. Nadere beschouwing.

V~~r de toepassing van de servomicrocomputer was de spleet-breedteregeling gebaseerd op een analoge meting van de ontsteekvertraging zoals in fig. il}.. is weergegeven.

" ' - -

~=B~

dt naar proportion

~ versterker voor

eetbreedte spl

ref erentie pignolebeweging

T

ta y u. H

~~

~

_-@-

elekt.hydraulische

K/

omzet.+servomotor vonkerosieproces

,

u_t ".

i

d KT(;standen) td spleetbreedte-sensor Fig. 12. Analoge speetbreedte regeling.

(47)

39

-De gewenste spleetbreedte is instelbaar.

De versterking K wordt zodanig ingesteld dat een stabiel proces verkregen word t. Omdat de ingestelde parameters de versterking in het vonkerosieproces be~nvloeden is in de terugkoppelkring een in

3

standen instelbare versterker opgenomen.

De integrator is de liniaire servomotor. Deze wordt aange-stuurd door de glektrische hydraulische omzetter. (fig.i~) waarvan de overdracht als een tweede orde beschreven kan worden

(aanname).

In fig. i i is de spleetbreedte regelkring door middel van

terugkoppeling weergegeven.

_,

De verplaatsing

y

van de servomotor wordt via een snelheidsdemping teruggekoppeld naar de ingang van de

elektrisch-hydraulische omzetter. De overdracht van de servo-motor word t door de vergelijking (I) beschreven.

II

=

Wanneer voor de snelheidsdemping geldt:

dy

11>

= B

-dt

dan geldt voor de totale overdracht met snelheidsterugkop-peling: y Hs =

-

= U i K. of:

(48)

-

40-'*"'

K

Hs

=

-s-(?I:~;::'17F't''='2--s-:::2-+-.''ti''f''':;"1+·~r:2:--- - - - - s +

1)

l+K •• B waarin K-V-

=

De bandbreedte wordt dus door de snelheidsdemping vergroot. De orde van de beschrijvende D.V. wordt met gewijzigd. De hydraulische stijfheid neemt echter af maar omdat hier geen sprake is van grote (mechanische) krachten op het systeem wordt dit met als een bezwaar gezien.

De overdracht voor het gedempte systeem is met bijbehorende faseverschui ving in fig. 13/14 weergegeven. Fig. 13

geeft de overdracht van het gedempte systeem weer. Ongedempt is de bandbreedte ca 35Hz, gedempt ca 120 Hz. Er is dus duide1ijk sprake van een verbeterde frequentieresponsie. De overdrachten zijn gemeten met een H.P. signal analyser. De ruissignaalgenerator wordt gebruikt voor de aanstoting van het systeem. De integrator in de regelkririg vereist een terugkoppeling om de middenpositie te kunnen behouden. Deze terugkoppe1ing is gerea1iseerd door de verplaatsingsopnemer via een RC netwerk met grote tijdconstante terug te koppelen naar de servoingang.

V~~r het bepa1en van de dempingsconstante B is ook de

overdracht van de demping gemeten en in fig. 15 weergegeven. De dempingsconstante wordt bepaa1d bij de frequentie waarbij de overdracht logari tmisch nul is, immers bij aanname van een cosinusvormig signaal op de uitgang geldt:

(49)

41

-TRANS

lmL--r---__

~---PHASE -lmL88 TRANS

38._S-LGMAG

DB flu

5_

-l&m_~

__

_.---_.---~~---~---~~

LG HZ

Fig. 13 Overdracht H en faseverschuiving van het ongedempte systeem.

s

,

.

...

(50)

TRANS

fA.

SSS

-42-gaSSs~

____________________________________________ --.

LGMAG 08 -2assS~---r----~---

__

- T _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - ' _ _ ~

s.

S0SS

LG HZ .

Fig. 14 • Overdracht H van het gedempte systeem. _s _..

A.224.1B y.6.6417 m y.6.B120 m

TRP,NS #1... 43

(51)

-

---- ---

43-,..

y

=

Y

cos wI: dY dus ~

=

B -

=

B

Y

W sin wt-dt waarui t voIgt: ~ B =

w·t

~ De verhouding

9

wordt bepaald door een weerstandsnetwerk

zodat Bgelijk is aan:

40

B ₌

=

_0,03

, :1-6 )

_mm

2.71.204

Bij het toepassen van de microcomputer voor de servobesturing komt de analoge ontsteekvertragingsmeting te vervallen.

De digi tale waarde voor de aansturing ven de servo word t

in een DAC omgezet naar een analoog signaal. Een houdschakeling is aanwezig in de vonn van een tussengeheugen (zie fig.

i6 ).

De versterking en spleet referentiewaarde theta wordt in de microcomputer gerealiseerd.

elektrisch

hydraulische servomotor

...

proces

omzetter ~

t

~

T A servomicro IA ontsteekver-DAC G "' computer traging ' -TG

=

tussengeheugen

(52)

-44-6.2. Principi~le opzet van de servobesturing.

In het kort wordt de opzet van de servobesturing beschreven. Voor meer gedetailleerde informatie wordt verwezen naar RPPENDi~

Als spleetbreedtesensor wordt de sterk vari~rende ontsteek-vertraging gebruikt. De ontsteekontsteek-vertraging wordt door de

servomicrocomputer verkregen door het inlezen van twee ~~n byte hexadecimale getallen. De getallen zijn de totaalsom van aIle gemeten ontsteekveriragingen over . deel tal generatorpulsen (zie fig.

'1

).

processpanning.

_J

j f " - - - I /

1 /

Fig.

it

• Bepaling van de grootte van de ontsteekvertraging (schematisch).

De totaalsom wordt dus mede vastgelegd door het ingestelde deeltal. Als we veor e~k ingesteld deeltal vergelijkbare maten voor de

ontsteekvertraging willen verkrijgen, moet het deeltal uit de meetwaardes ge~limineerd worden. Dit geschiedt door het bepalen van de gemdddelde ontsteekvertraging per puIs. Het gemdddelde

wordt software berekend door herhaald aftrekken van het deeltal van de ingelezen waardes.

(53)

- 45 .:.

Vooral bij een klein deeltal en grote ontsteekvertragingen zal deze aftrekking veel rekentijd in beslag nemen.

Als voorbeeld: Stel gemiddelde ontsteekvertraging per puIs is 5 ps en het deeltal is 2. Voor de bepaling van het ge-middelde via de meest eenvoudige software is tenminste 120 )ls nodig.

Het voordeel van de werkelijke deling is de bereikbare nauw-keurigheid •.

De nadelen zijn:

- Er ontstaat een faseverschuiving' tussen degemeten waarde en de ui tgifte van de hierop ge baseerde stuurspanning. Hi'erdoor kan instabili tei t van de regelkring ge1ntrodu-. ceerd en in stand .. geliouden worden

Gedurende de rekentijd kunnen belangrijke procesgebeurten-issen niet gedetecteerd worden. Een gedeelte van de gene-ratorpulsen kunnen slechts ingelezen worden.

- De rekentijd is sterk afhankelijk van de grootte van de ingelezen meetwaardes. Door de sterk in grootte vari~rende

ontsteekvertraging zullen met vari~rende frequenties stuursignalen naar de servo worden uitgegeven.

Door de keuze van een deeltal dat altijd gelijk is aan 2x, waarbij x ligt tussen 0 en

7,

is het mogelijk de gemiddelde

ontsteekvertraging via het roteren van de hex. getallen (elke rotatie is gelijk aan deling door twee) te berekenen.

De meetwaardes worden zoveel maal geroteerd als het getal: x groot is.

V~~r het voorbeeld geldt veor roteren een rekentijd van ca 24 ps. Door deze rotatiemethode gaat de nauwkeurigheid van de

ge-middelde bepaling gedeeltelijk:verloren.

De maximale absolute fout is gelijk aan de grootte van het deel tal. Gemiddeld word t door deze fout een te kleine getal-:-waarde berekend (overeenkomstig een te kleine werkspleet). Deze tout wordt echter niet als bezwaar gezien omdat:

- de ontsteekvertraging sterk varieerd

- de frequentie waarmee de servosoftware stuursignalen ui