【正文】 本系統(tǒng)中，是對焊縫的位移量進(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 AD 轉(zhuǎn)換 NOP NOP NOP NOP NOP RET ADINT： MOV ＠ R1， A ；存儲數(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，對采集的 2 個位移參數(shù)進(jìn)行濾波，即求這兩個量的算術(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。若偏差極小，則 認(rèn)為此偏差是允許的，步進(jìn)電機(jī)不動作，這樣可以避免步進(jìn)電機(jī)的無意義的轉(zhuǎn)動，減少其磨損程度；若偏差為負(fù)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)（逆時針旋轉(zhuǎn)）；若偏差為正，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)（順時針旋轉(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。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)動程序等。 ? ?? ?? ?? ?????????????????????????????????5,1,1,10,133221100EEEEEEEEEEEEUCCCC當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)???????? 34 5. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計及抗干擾設(shè)計 軟件編程及設(shè)計 本設(shè)計的軟件設(shè)計使用的是 MCS—51 單片機(jī)所能接受的匯編語言。實(shí)際輸出的控制量沒有單位所以要用相對值進(jìn)行計算，即 u??k =KP ? E` ??k +Ki ? ? ???ki kE0+Kd ? EC` ??k 式中 E` ??k = ??eNkE —系統(tǒng)速度偏差相對值 ??kEk?0` =? ?ekNkE?0 —速 度偏差變化率相對值 其中 Ne 為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速。計算時 NB， NM，NS， ZR， PS， PM， PB 的取值分別對應(yīng) 5， ， ， 0， ， ， 5。 其中 0? =， 1? =， 2? =， 3? = 。 模糊決策 通常由軟件來實(shí)現(xiàn)模糊控制器時采用的是存儲控制表格的方式，先離線計算出各種可能輸入對應(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)行時計算機(jī)根據(jù)誤差及誤差變化率查找相應(yīng)的模糊輸出。設(shè)轉(zhuǎn)速誤差變化率的變化范圍在 [50rad/s2 ， 50rad/s2 ]。 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 。 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)計軟件。若對應(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 這個判別方法簡單易行，實(shí)時性也好。 模糊化量化表 41 所示 表 41 模糊化量化 Tab. 41 the fuzzy number 語言變量 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 PS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 NS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NM 0 0 0 0 0 0 0 0 NB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 模糊控制器的輸入是一個模糊量，這個模糊量不能用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還需要把這個模糊量轉(zhuǎn)化為一個精確量稱為非模糊化，也稱為判決。 e is P and Δe is Z ,thenΔu Z。 上述規(guī)則采用模糊語言可描述為： e is N and Δe is Z ,then Δu is P。 {負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大 }或 {NB， NM， NS， 0， PS， PM， PB}誤差變化 負(fù)零（ NO）和正零（ PO）。模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 48 所示 圖 48 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Fig 48 misty control system knot position 實(shí)現(xiàn)模糊控制的一般步驟：微機(jī)首先采集被控制對象輸出信號的精確度，然后將該精確值與給定的值進(jìn)行比較得到誤差信號 E，把誤差信號 E 的精確值進(jìn)行模糊化變成模糊量，從而得到了誤差 e 的模糊語言集合的一個子集 e， e 此時實(shí)際上是一個模糊向量，最后由 e 和模糊控制的規(guī)則 R 根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，然后將模糊量轉(zhuǎn)換為精確量。這種模糊控制器的 輸 入輸出信號與控制器相同，控制特性也類似，故稱為 PID 型模糊控制器。這種模糊控制器的輸入輸出信號與 PI 控制器相同，控制特性也類似，故稱為 PI 型模糊控制器。這種模糊控制器的輸入輸出型號與 PD 控制器相同，控制特性也類似，故稱為 PD 型模糊控制器。類比系統(tǒng)的 PD，PI， PID 控制，可將模糊控制器分為以下三種類型。 模糊控制本質(zhì)上是非線性的，與 PID 控制器相比，模糊控制器的響應(yīng)速度快，超調(diào)小，且對非線性系統(tǒng)能很好地進(jìn)行控制，只是對速度的控制有一定的穩(wěn)態(tài)誤差。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整三者之間的關(guān)系，會使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能。積分控制的作用是，只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷的積累，輸出控制量，以消除誤差，因而，只要有足夠的時間，積分控制就能完全的控制誤差，使系統(tǒng)的誤差為零 ，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差，積分增益太大會使系統(tǒng)的超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。 PID 控制中的比例增益 Kp，積分增益 K1和微分增益 Kd均為常數(shù)，一旦控制器設(shè)計好后，在控制過程中不再改變，因此 PID 控制屬于線性定?？刂?。 為了方便設(shè)計，在下面的模糊控制器框圖中均沒有畫出誤差，誤差的變化和誤差積分的量化因子以及控制量輸出的比例因子。 圖 44 多變量模糊控制器 Fig 44 change quantity more the misty controller 由緒論中伺服系統(tǒng)圖可看出系統(tǒng)忽略了電機(jī)到負(fù)載（焊車）之間的非線性誤差，如果采用普通的 PID 控制器，則不 能對此非線性誤差以及閉環(huán)中存在的非線性誤差作很好的處理。多變量模糊控制系統(tǒng) 所采用的模糊控制器往往具有多變量結(jié)構(gòu)，稱為多變量模糊控制器，如圖 44 所示。由于這類模糊控制器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，推理運(yùn)算時間長，所以一般較少采用。 圖 (c)中的三個輸入變量分別為系統(tǒng)偏差 E ,偏差變化 E 和偏差變化的變化率 203。由于僅 采用偏差控制，所以系統(tǒng)的動態(tài)控制性能不佳，一般用于一階被控對象。由于 E 和 E 都是直接計算得到的，所以由它們組成的控制器仍屬于單變量模糊控制器。 在模糊系統(tǒng)控制中，具有一個輸入變量和一個 輸出變量的系統(tǒng)稱為單變量模糊控制系統(tǒng)，一個單變量模糊控制系統(tǒng)所采用的模糊控制器稱為單變量模糊控制器。 在手動控制過程中，人所能獲得的信息一般可以概括為三個：誤差、誤差的變化和誤差變化的速率。 模糊控制器的結(jié)構(gòu)及輸入輸出變量的確定 模糊控制器 的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是要確定控制器的輸入變量和輸出變量。 輸入輸出量 X， Y 都是數(shù)字量，控制器內(nèi)部都是模擬量， Kx 是量化因子， Ky 是比例因子。控制器由工控機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過 D/A、 A/D 接口實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與模擬環(huán)節(jié)的連接。電阻 Rf2的作用是減小續(xù)流回路的時間常數(shù)，對保證晶體管不被擊穿起到了重要的作用。因為電動機(jī)本身電感較大，所以在 VT1 截止時電流變化將使繞組中產(chǎn)生很大的自感電動勢。 在電路中，在 Rf1 旁邊并聯(lián)一個電容 C，主要目的在于利用電容兩端電壓不能突變的特性。在加大 Rf1 后，電源電壓就要相應(yīng)提高。由于電流隨頻率變化，從而使步進(jìn) 電機(jī) 動態(tài)轉(zhuǎn)矩變小，使動態(tài)性變差。 當(dāng)輸入的脈沖信號加到三極管的基極上。 在本系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)與 8255 的 PB 口相連。其通電次序為 A—AB—B—BC—C—CA—A。 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 步進(jìn)電機(jī)的工作方式分為以下幾種情況： （ 1）單相通電方式； （ 2）雙相通電方式； （ 3）單相、雙相交叉工作方式。 圖 38 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 Fig 38 the step enter electrical engineering knot position 每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)脈沖輸入線上得到一個脈沖，它便沿著轉(zhuǎn)向控制信號所確定的方向走一步。如果這時定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一定的角度，使轉(zhuǎn)子齒和定子齒 對齊。 電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有繞組，而是由 40 個矩形小齒均勻地分布在圓周上，相鄰的兩個小齒之間的夾角是 9176。相對的兩個磁極組成一相，如 A—A′， B—B′， C—C′。圖 38 為三相步進(jìn) 電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。它不需要變換能直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微機(jī)控制。因而可適用于開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡化。轉(zhuǎn)速n或線速度 V與脈沖頻率 f 成正比，如圖 37(b)所示 。其功能是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，既給一個脈沖電信號，電動機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個角度或前進(jìn)一步。 圖 35 上電復(fù)位與手動復(fù)位組合電路 Fig 35 wire reply and hands bine the electric circuit 光電隔離 光電隔離的目的是割斷兩個電路的電聯(lián)系，使之相互獨(dú)立，從而割斷噪音從一個電路進(jìn)入另一個電路的通路，通過光電偶合器實(shí)現(xiàn)，光電偶合器如下圖 36 所示： 圖 36 光電偶合器 Fig 36 light electricity match the machine accidentally 光電偶合器是把一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管封裝在一個外殼里的器件，發(fā)光二極管和一個光敏三極管之間用透明絕緣體填充，并使發(fā)光管與光敏管對齊 [12]。 8031 的 RSTV/P0（復(fù)位 /備用電源輸入設(shè)備）該設(shè)備接上電復(fù)位與手動復(fù)位組合電路。所謂手動復(fù)位，是指通一按鈕開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。所謂上電復(fù)位，是指單片機(jī)只要一上 電 ，便自動的進(jìn)入復(fù)位系統(tǒng)。 8255 與 8031 的連接很規(guī)范簡單，但需加一 74LS373，其它具體連接為： （ 1） 8255 的數(shù)據(jù)線 D0—D7 與 8031 的數(shù)據(jù)總線 — 直接相連； （ 2） 8255 的 RESET 與 8031 的 RESET 相接，當(dāng) 8031 復(fù)位時， 8255 也同時復(fù)位 20 （ 3） 8255 的 WR、 RD 線與 8031 的 WR、 RD 相連； （ 4） 8255 的片選端 CS 通常與 8031 的 — 中一根斷線相接，決定 8255 口地址； （ 5） 8255 的 A A0 通常接經(jīng) 74LS373 鎖存后的低 8 位地址 Q1Q0， A1A0 決定8255 內(nèi)部 4 個端口地址； （ 6） 8255 的 A 口、 B 口、 C 口端線接外圍設(shè)備，作為擴(kuò)展的并行 I/O 口。 程序存儲器與 8031 的連接 只讀存儲器 ROM 的信息在使用時是不能改變的，即只能讀出，而不能像 RAM 那樣可隨意寫入，一般用來放固定程序，本設(shè)計選用 2764 容量 8K8。 6116 的電源正常工作時，即 VccVbb,二極管 D 不導(dǎo)通 ,此時 ,微機(jī)控制系統(tǒng)用 Vcc 作工作電源。 有時用戶設(shè)置的參數(shù)需要長 期保存，為了避免意外掉電或關(guān)機(jī)后的數(shù)據(jù)丟失，需要時 RAM 采用掉電保護(hù)措施。 (3)低功耗維持方式，這 是一種 非工作方式，當(dāng) __CE =1 時，芯片處于這一方式。其條件是： __CE =0， __E? =1， __OE =0。操作結(jié)果是 D0～ D7上的內(nèi)容輸入到 A0～ A10 所指定的存儲單元中。其與 8031 的接口電路如 32 所示： 18 圖 32 8031 與 6116 接口電路 Fig 32 8031 with 6116 connect electric circuit 6116 芯片的工作方式： (1)寫入方式。 6116 的片選信號 __CE ,低電平有效，當(dāng) __CE =0 時，該片被選中。 6116 芯片是一種典型的