基于专家系统的管道全位置自动焊接控制系统研制

摘要

随着管道工业的不断发展，管道焊接的工作量日益增大，同时，对焊接质量、焊接效率和焊接成本的控制的要求逐步提高。因此，开发能够适用于野外的自动焊接装备从而提高管道焊接的质量和效率是十分必要的。
　　 本文研究了一种基于专家系统的全位置自动焊接系统，主要从专家系统的构建和控制设计方案两个方面进行研究，实现了上下位机之间的通讯和下位机对两个直流伺服电机的控制。
　　 通过对专家系统的研究和分析，建立包含管道焊接工艺参数的数据库，并设计了人机交互界面，通过人机界面可以对数据库进行查询和更新，得出焊接需要的工艺参数。
　　 控制系统是焊接系统的核心。通过对全位置自动焊接机的控制系统的深入研究，对设计方案进行了分析和验证。系统的控制芯片采用了C8051F020单片机，设计了单片机的复位、晶振、电源接口和电机控制接口等电路并对PWM波调制、串口通讯、LCD显示等进行了软件设计。该控制系统不仅能够快速、准确、可靠的实现焊接控制，而且可以实时修改焊接参数，操作简单，性价比高。系统硬件电路设计中，串口通讯采用的16C550通讯接口控制器，减少了MCU和外围单元串行通讯的时间开销，同时也减少了接口的器件数目，使系统的稳定性增加；PWM驱动电路使用的是H桥电路，电路具有“双级性”，从而使电机实现正转和反转；单片机与电源的接口电路中，采用74HC573作为输出信号的接口，利用74HC573的输出锁存功能满足电源启动信号维持时间的需要。
　　 该系统不仅操作方便，而且运行可靠，能够高质量、高效率的完成管道焊接。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章 绪论

1.1问题提出

1.2焊接的专家系统

1.2.1专家系统概述

1.2.2专家系统在焊接工程中的应用

1.2.3目前专家系统存在的问题

1.2.3焊接专家系统的发展趋势

1.3管道全位置焊接在国内外生产和发展的现状

1.4本文研究的主要内容

第2章 全位置自动焊接系统介绍

2.1管道全位置自动焊接设备构成

2.1.1机械系统

2.1.2焊接电源

2.1.3控制系统

2.2全位置自动焊接装置的用途及特点

第3章 焊接专家系统的整体构建

3.1总体结构设计

3.2知识库的设计

3.2.1知识库的来源

3.2.2知识的表示

3.2.3知识库设计

3.2推理规则库的建立

3.3.1推理方法

3.3.1控制方法

3.4专家系统数据库的建立

3.4.1数据库概述

3.4.2数据库设计

3.5人机界面的设计

3.6本章小结

第4章 控制系统硬件设计

4.1硬件电路设计原则

4.2硬件电路设计

4.2.1硬件电路的总体设计

4.2.2微处理器单元

4.3基本配置单元

4.3.1复位电路

4.3.2振荡器电路

4.4串行通讯的设计

4.4.1串行接口电路

4.4.2总线标准

4.4.3通讯协议

4.4.4系统的通讯过程

4.5焊接电源控制接口设计

4.5.1启动控制电路

4.5.2电流检测电路

4.6数据转换电路的设计

4.6.1 A／D接口电路

4.6.2 D／A接口电路

4.7电机控制设计

4.7.1电机的调速系统

4.7.2 PWM驱动接口设计

4.8系统硬件的抗干扰设计

4.8.1抑制干扰源

4.8.2切断传播路径

4.8.3提高敏感元件的抗干扰性

4.9小结

第5章 控制系统软件设计

5.1 C8051F020的开发环境

5.1.1 IDE软件平台

5.1.2 IDE软件使用

5.2系统的软件设计

5.2.1焊接控制主程序

5.2.2 PWM产生子程序

5.2.3电机测速子程序

5.2.4 A／D中断处理子程序

5.2.5数字PI控制

5.3软件的抗干扰性设计

5.3.1开关量输入／输出的软件抗干扰设计

5.3.2指令冗余

5.3.3软件陷阱

5.3.4程序运行监控系统

5.4小结

第6章 系统调试

6.1实验方法

6.1.1硬件电路的测试方法

6.1.2软件的测试方法

6.2软件测试

6.2.1软件调试

6.2.2硬件模拟仿真调试结果

6.3硬件调试

6.3.1 PWM发生及脉宽调试

6.3.2模拟量采集功能调试

结论与展望

参考文献

致谢

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