[发明专利]基于最小二乘迭代算法的机床工步能耗监测方法

摘要

本发明公开了一种基于最小二乘迭代算法的机床工步能耗监测方法，包括如下步骤：一：收集机床的主传动系统输入功率，并对输入功率信号进行滤波处理；二：通过机床主传动系统输入功率数据的分析，判定机床在线运行状态；三：通过测量机床主轴实时功率，结合机床主传动系统的功率平衡方程和附加载荷损耗特性估计出切削功率，建立合理的切削耗能模型，达到机床切削功率的在线估计；四：用基于最小二乘迭代算法的机床附加损耗函数系数的离线辨识算法，求取机床切削功率参数。本发明不仅避免了直接测量法中测量切削能耗中的高成本低效率，同时也改进了间接测量法中的误差率大的问题，能为机床的工步能耗监测提供较为精确地能耗数据。

主权项

1.基于最小二乘迭代算法的机床工步能耗监测方法，其特征是，包括如下步骤：步骤一：收集机床的主传动系统输入功率，并对输入功率信号进行滤波处理；步骤二：通过机床主传动系统输入功率数据的分析，判定机床在线运行状态：启动、空载或加工；根据实时功率值判别运行状态，2.1、机床启动的判断：将步骤一滤波后的实时功率值送入计算机后台数据库数组M[n]，测量机床主轴实时功率值是否大于该机床的参考常数，在数组M[n]中出现两个以上大于该常数的数值时，将机床状态判断为主轴启动，置机床状态参数Machine State＝01；2.2、机床空载状态的判断包括三个步骤：2.2.1、检查机床状态是否为启动，若是则转入下一步；2.2.2、判断数组M[n]中实时功率值是否平稳，若是则转步骤2.2.3，否则返回步骤2.2.1；2.2.3、将机床状态判断为主轴空载，置机床状态参数Machine State＝10，并将当前功率值作为空载功率值pu；2.3、机床加工状态的判断：根据公式判断机床加工状态，其中为机床主轴输入功率值，P_u为机床主轴空载功率值，C为设定的表征功率波动情况的常数；判断机床主轴实时功率值是否符合公式若不符合，则通过上述步骤一、步骤二继续测量主轴的实时功率与P_u，直到符合公式时，将机床状态判断为加工，置机床状态参数Machine State＝11；步骤三：通过测量机床主轴实时功率，结合机床主传动系统的功率平衡方程和附加载荷损耗特性估计出切削功率，建立切削耗能模型，达到机床切削功率的在线估计；3.1、将机床主传动系统的输入功率Psp简化为空载功率Ρu、切削功率Ρc和附加载荷损耗功率Ρa三个部分之和，近似代表实际机床的功率损耗，Ρsp＝Ρu+Ρa+Ρc   (2)其中，所述空载功率Ρu是指：机床主传动系统在某一指定转速下稳定运行且尚未加工的状态称为空载状态，其间所消耗的功率称为空载功率；所述切削功率Ρc是指：机床主传动系统完成工件要求标准时用于切削所消耗的功率；所述附加载荷损耗功率Ρa是指：机床主传动系统在切削状态下产生的附加损耗，这部分损耗只在切削状态下存在；负载载荷损耗系数α与切削功率成正比，即，由式(2)、式(3)结合可得：Ρsp＝Ρu+a12Ρc2+(1+a0)Ρc   (4)其中，1+a0、a1为附加损耗函数系数，由式(4)可知，只要测量出输入功率Ρsp，空载功率Ρu，就估计出附加载荷损耗功率Ρa和切削功率Ρc；3.2、在线估计切削功率Ρc：附加损耗函数系数矩阵通过式(4)确定，结合式(2)得到切削功率，即其中，Ρ_u是机床主轴空载功率值；是机床主轴输入功率值；步骤四：用基于最小二乘迭代算法的机床附加损耗函数系数的离线辨识方法，求取机床切削功率参数。