柔性多层材料加工变形动态补偿预测建模方法的研究

Flexible multilayer material is common processing material in textile manufacturing, aerospace manufacturing and other industries are widely used, but because of its poor rigidity, in the process, the workpiece is easy to have a greater tensile or compressive deformation, which makes process control becomes more difficult.In this project, dynamic compensation prediction modeling method of machining deformation of flexible multilayer material is studied, firstly the simulation of partial load deformation process of flexible multilayer material is analysed，then we study the extraction method of machining deformation impact factors; Through the introduction of the weight theory of systems engineering, to study the weight theory of machining deformation impact factors of flexible multilayer material innovatively, focus to solve the machining deformation compensation, path planning, repeated and secondary impact factors reduction; to study multiple input-multiple output mapping model which can express relationship between compensated parameters and machining deformation impact factors, and the mapping model has feedback function, to solve quantitative calculation of compensation, and form a perfect tool compensation path planning mechanism. Finally, the embedded systems is designed for the realization of machining deformation compensated prediction model, to carry out the processing of instance validation, testing experiment. This study not only will promote the modeling and simulation of partial load deformation process to deeply research step, but also to provide an effective theory and technical support for clamping and automated machining of flexible multilayer material.

柔性多层材料是一种常见加工材料，在纺织制造、航天航空制造等行业有广泛应用，但由于其刚性差、加工过程工件容易产生较大的拉伸或挤压变形，这使得加工控制变得比较困难。本项目研究柔性多层材料加工变形动态补偿预测建模方法，以柔性多层材料加载变形分析为切入点，研究加工变形影响因素的提取；引入系统工程权重理论，创新性研究柔性多层材料加工变形影响因素权重评价方法，着重解决加工变形应如何补偿，路径规划，重叠、次要影响因素如何约简问题；探索性研究带测量反馈的、能表征加工变形影响因素与补偿量之间多输入-多输出的映射关系模型，解决加工变形补偿定量计算问题，形成完善的刀具补偿路径规划机制；最后设计实现加工变形补偿预测模型的嵌入式系统，开展加工实例验证、测试实验。本研究不仅将柔性多层材料加工变形分析推向数字化模拟仿真的深入研究阶段，同时为实现柔性多层材料一次性装夹、自动化加工提供有效理论和技术支撑。

项目以轻工纺织制造中柔性多层材料加工为对象，从柔性材料加工过程力学分析入手，利用有限元方法建模柔性材料加工变形过程，探讨了影响柔性材料轨迹加工变形的各种因素。针对影响柔性材料加工变形因素的复杂、多样性问题，创新性研究了基于粗糙集、层次分析方法的柔性材料加工变形决策知识提取方法，引入信息熵、条件熵和互信息推导属性重要度的计算式，基于层次模型推导了加工变形影响因素提取属性对目标层的影响程度向量的计算式，并通过实例分别验证基于基于粗糙集、层次分析提取方法的有效性、灵活性。.针对柔性材料加工过程的时变性，对变形补偿预测模型具有较高实时性要求问题，探索性研究柔性材料加工变形补偿预测ATS-FNN建模方法，该方法由自适应模糊聚类AFCM、T-S型模糊神经网络ATS-FNN建模方法有效结合，ATS-FNN前件网络引入AFCM完成输入空间模糊等级划分、隶属度函数提取，规则适应度计算，实现TS-FNN模型前件网络结构辨识；ATS-FNN后件网络比标准T-S模糊神经网络模型增加了隐含层，进一步提高模型的全局逼近性能。实验结果表明，ATS-FNN模型的建模时间比标准的STS-FNN模型减少42.27%，预测误差MSE较STS-FNN减小23.97%、26.46%。.提出一种基于机器视觉测量加工误差反馈的ATS-FNN模型，设计以双软核处理器为核心、ATS-FNN等专用IP核为辅助的柔性件轨迹加工变形补偿硬件控制器。实验结果表明，开环ATS-FNN控制的夹角误差，直线度误差分别比STS-FNN、无补偿控制加工的减少35.8%、55.1%，43.1%、62.1%。闭环ATS-FNN控制的夹角误差，直线度误差比开环ATS-FNN控制的减少19.2%、32.4%，且带视觉反馈环节的引入使得加工误差即使加工条件改变而仅产生较小波动。.开展带反馈的ATS-FNN控制器的柔性皮料切割加工系统应用研究工作。根据实际柔性皮料加工提取加工变形影响因素，基于ATS-FNN控制器设计了加工系统的硬件结构，开发了打版、控制软件。测试表明，柔性皮料切割加工的角度误差在±1.5°范围内，当振动频率切割为16000次/min时，切割速度可达到120cm/s，工作噪音<80db，这表明加工变形补偿控制基础理论在柔性皮料加工系统应用已取得较好应用效果。