【導(dǎo)讀】本文共分五章，介紹了鍋爐焊接系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和控制算法。其主要目的是利用模。糊控制器彌補(bǔ)傳統(tǒng)焊接工藝在精度上的不足。結(jié)合PID控制算法從而提高了隨動(dòng)系統(tǒng)的。第二章介紹了檢測(cè)元件位移傳感器的原理和技術(shù)指標(biāo)和使用方法及信號(hào)放大電路。第三章介紹了構(gòu)成整個(gè)焊接系統(tǒng)的各個(gè)硬件設(shè)備的工作原理。第五章介紹了各個(gè)芯片的軟件啟動(dòng)程序及本系統(tǒng)的干擾及抗干擾措施。本課題名稱為“模糊控制在鍋爐焊接過(guò)程中的應(yīng)用”。為了高精度的糾偏要求，以保證焊縫質(zhì)量。對(duì)高質(zhì)量焊接，必須根據(jù)不。及最優(yōu)調(diào)節(jié)器概念，它的線性代數(shù)為主要數(shù)學(xué)工具，狀態(tài)變量，狀態(tài)空間等新的概念，控制一維的設(shè)計(jì)問(wèn)題的工具。人們通常將經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論稱為“傳統(tǒng)控制理論”。于基本被控對(duì)象線性化的數(shù)學(xué)模型的控制方法。人類智能活動(dòng)及其控制與信息處理過(guò)程的規(guī)律。1996年，JM，Mendel首次使用了“智能。緊接著1987年在美國(guó)費(fèi)城召開(kāi)的第一界國(guó)際智能控制討論會(huì)，來(lái)自美

　　

【正文】 機(jī)構(gòu)，還需要把這個(gè)模糊量轉(zhuǎn)化為一個(gè)精確量稱為非模糊化，也稱為判決。這里用最大隸屬度方法：該方法是選擇模糊子集中隸屬度最大的元素稱為控制量。若對(duì)應(yīng)的模糊決策的模糊集為 C，則決策（所確定的精確量） u? 應(yīng)滿足 UC (u? )? UC (u) , u? U 這個(gè)判別方法簡(jiǎn)單易行，實(shí)時(shí)性也好。 本系統(tǒng)是一個(gè)典型的串級(jí)控制系統(tǒng)，它對(duì)二次干擾有較強(qiáng)的克服能力，對(duì)操作條件的變化也有一定的自適應(yīng)。 模糊控制器的軟件實(shí)現(xiàn) 程序流程圖 采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。本系統(tǒng)程序主要由位置檢測(cè)及待行走距離計(jì)算子程序、 32 理想速度曲線計(jì)算子程序、模糊 PID 算法子程序 組成。 圖 410 模糊控制軟件流程圖 Fig 410 Chart procedure of the fuzzy control 輸入量的模糊化 設(shè)轉(zhuǎn)速誤差的變化范圍在 [150rad/s， 150rad/s]，欲將實(shí)際的轉(zhuǎn)速誤差轉(zhuǎn)換至論域 [5， 5]內(nèi)，須有量化系數(shù) Ke =1505 =301 。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差為 30rad/s 時(shí)，對(duì)論域中的1，即屬于 “正小 ”范圍。設(shè)轉(zhuǎn)速誤差變化率的變化范圍在 [50rad/s2 ， 50rad/s2 ]。為了轉(zhuǎn)換至論域 [5， 5]內(nèi)，須有量化系數(shù) Kec =505 =101 例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差變化率為 30rad/s2 時(shí)，對(duì)應(yīng)論域中的 3，即屬于 “正中 ”范圍。 模糊決策 通常由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊控制器時(shí)采用的是存儲(chǔ)控制表格的方式，先離線計(jì)算出各種可能輸入對(duì)應(yīng)的輸出值，然后制成表格存入單片機(jī)內(nèi)存，實(shí)際運(yùn)行時(shí)計(jì)算機(jī)根據(jù)誤差及誤差變化率查找相應(yīng)的模糊輸出。具體選用的是多修正因子法。 其中 0? =， 1? =， 2? =， 3? = 。當(dāng)誤差 E 偏大時(shí)，其權(quán)重系數(shù)要大些以盡快 跟蹤目標(biāo)；當(dāng) E 偏小時(shí)， Ec 的權(quán)重系數(shù)要大些以減少震蕩。計(jì)算時(shí) NB， NM，NS， ZR， PS， PM， PB 的取值分別對(duì)應(yīng) 5， ， ， 0， ， ， 5。 PID 控制作用可用以下位置式算式來(lái)描述： u??k =Kp ? E??k + Ki ? ????ki kE0 + Kd ? EC??k 式中 ： Kp =K`P + PK? —比例系數(shù) Ki =K`i +? Ki —Kd —積分作用系數(shù) Kd =K`d +? Kd —微分作用系數(shù) 其中 E??k ， ????ki iE0， EC??k 分別為系統(tǒng)速度偏差，速度偏差和與速度偏差的 變化率，單位均為 rad/s。實(shí)際輸出的控制量沒(méi)有單位所以要用相對(duì)值進(jìn)行計(jì)算，即 u??k =KP ? E` ??k +Ki ? ? ???ki kE0+Kd ? EC` ??k 式中 E` ??k = ??eNkE —系統(tǒng)速度偏差相對(duì)值 ??kEk?0` =? ?ekNkE?0 —速 度偏差變化率相對(duì)值 其中 Ne 為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速。這樣計(jì)算出的 ??ku 再經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換為 0~5 的電壓便可以控制變頻器的額定給定值。 ? ?? ?? ?? ?????????????????????????????????5,1,1,10,133221100EEEEEEEEEEEEUCCCC當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)???????? 34 5. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及抗干擾設(shè)計(jì) 軟件編程及設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)使用的是 MCS—51 單片機(jī)所能接受的匯編語(yǔ)言。整個(gè)軟件系統(tǒng)由焊接糾偏主程序和相關(guān)子程序組成。其中子程序包括：模糊控制程序、數(shù)據(jù)采集（ A/D 轉(zhuǎn)換）程序、濾波程序、擴(kuò)展芯片初始化程序、外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等。 焊接糾偏系統(tǒng)的主控程 序 該程序的框圖見(jiàn)圖 51 匯編語(yǔ)言程序如下： RESET： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP ADINT ORG 0013H LJMP INTC ORG 0100H MAIN： SETB EA ； 中斷 SETB EX0 ；允許外部中斷 MOV DPTR， 3FFFH ；送 8255 命令口地址 MOV A， 90H ；置 8255 工作方式 MOVX ＠ DPTR， A MOV DPTR， 3FFFH ；指向 8279 命令口地址 MOV A， 0DCH ；清空顯示 RAM ACALL A/D ；采樣 MOV R0， 80H MOVX R2， 02H ；置循環(huán)次數(shù) ACALL LUB ；濾波 MOV R0， 90H MOV R7， 02H MOV R1， 70H ；置顯區(qū)首地址 ACALL BCD ACALL TAB ；鍵盤(pán) ACALL PID MOV 95H， 4CH ACALL ROUTL ；步進(jìn)電機(jī) RET 圖 51 糾偏過(guò)程主程序 Fig51 The partial to the main procedure of process 模糊控制程序 根據(jù)采樣值得出誤差正負(fù)、檔次以及步進(jìn)電機(jī)進(jìn)或退的步數(shù)。若偏差極小，則 認(rèn)為此偏差是允許的，步進(jìn)電機(jī)不動(dòng)作，這樣可以避免步進(jìn)電機(jī)的無(wú)意義的轉(zhuǎn)動(dòng)，減少其磨損程度；若偏差為負(fù)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）；若偏差為正，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），步進(jìn)電機(jī)正（反）轉(zhuǎn)的步數(shù)分別決定與 R R5 中的值。程序框圖如圖 52 36 所示 圖 52 模糊控制程序 Fig 52 The fuzzy control procedures 模糊控制程序清單 FUZZY： MOV R3， 27H ；采樣中值送 R3 MOV A， R3 CLR C SUBB A， 80H JC P ；偏差為負(fù)，轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) MOV A， R3 CLR C SUBB A ， 89H JC FAD ；偏差極小，不動(dòng)作 CLR C MOV A， R3 CLR C SUBB A， 99H JC N5 ；轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 5 步 MOV A， R3 CLR C SUBB A， 44H JC N10 ；轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 10 步 MOV A， R3 CLR C SUBB A， 0BAH JC N15 ；轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 15 步 MOV A， R3 CLR C SUBB A， 0CBH JC N20 ；轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 20 步 MOV A， R3 CLR C SUBB A， 0DBH JC N25 ；轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 25 步 LIMP N30 ；轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 30 步 NOP MOV A， R3 CLR C SUBB A， 78H JNC FAD ； 偏差極小，不動(dòng)作 MOV A， R3 CLR C SUBB A， 67H JNC P5 ；轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) 5 步 MOV A， R3 CLR C SUBB A， 56H JNC P10 ；轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) 10 步 MOV A， R3 CLR C SUBB A， 46H JNC P15 ；轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) 15 步 MOV A， R3 CLR C SUBB A， 35H JNC P20 ；轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) 20 步 MOV A， R3 CLR C 38 SUBB A， 24H JNC P25 ；轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) 25 步 LJMP P30 ；轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn) 30 步 FAD： LJMP DELAY ；保持原狀態(tài) N5： MOV R4， 05H ；賦反轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW N10： MOV R4， 0AH ；賦反轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW N15： MOV R4， 0FH ；賦反轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW N20： MOV R4， 14H ；賦反轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW N25： MOV R4， 19H ； 賦反轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW N30： MOV R4， 1EH ；賦反轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW NOP P5： MOV R5， 05H ；賦正轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW P10： MOV R5， 0AH ；賦正轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW P15： MOV R5， 0FH ；賦正轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW P20： MOV R5， 14H ；賦正轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW P25： MOV R5， 019H ；賦正轉(zhuǎn)步數(shù) LJMP NW 數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換子程序 數(shù)據(jù)采集子程序主要作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)的 A/D 轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中，是對(duì)焊縫的位移量進(jìn)行采集，其程序如下： A/D： MOV R1， 80H ；據(jù)區(qū)首地址 MOV R2， 02H SETB EA ；開(kāi)中斷 SETB IT1 SETB EX1 MOV DPTR， 0BFFFH ；送 0809 地址 MOV A， 00H ；置通道 0 AD： MOVX ＠ DPTR， A ；啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換 NOP NOP NOP NOP NOP RET ADINT： MOV ＠ R1， A ；存儲(chǔ)數(shù)據(jù) INC R1 ；修改數(shù)據(jù)指針 INC DPTR DJNR R2， AD RETL 濾波子程序 在本系統(tǒng)中，對(duì)采集的 2 個(gè)位移參數(shù)進(jìn)行濾波，即求這兩個(gè)量的算術(shù)平均值，以減小脈沖干擾，從而提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。其程序的框圖