脉冲等离子弧焊接模糊控制系统的研制

摘要

小孔型等离子弧焊接是一种高能高效焊接方法，具有十分广阔的应用前景。由于等离子弧焊接工艺参数匹配区间窄，使得等离子弧焊接中小孔的稳定性差，因此等离子弧焊接过程及接头质量的稳定性差。如何提高等离子弧焊接的稳定性是当前该领域研究的前沿课题之一。 小孔型等离子弧焊熔透控制的关键是对小孔状态进行控制，而控制小孔状态的关键是控制焊接过程的热输入量。采用脉冲焊接的方式可以有效地控制热输入量。 等离子弧焊接熔透控制系统通常为复杂的非线性系统，很难建立准确的熔透控制数学模型，因而采用传统的控制方法不能得到令人满意的控制效果。智能控制理论为等离子弧焊熔透控制开辟了新天地。 本文建立了脉冲等离子弧焊接模糊控制系统的仿真数学模型，并采用MATLAB软件对模糊控制系统进行仿真。本文研制了一套以AVRATmega128单片机为核心的脉冲等离子弧焊接模糊控制系统，实现了脉冲等离子弧焊熔透过程的模糊控制。该系统不仅可以进行脉冲等离子弧焊接工艺参数的设定，而且可以根据检测到的焊接过程中小孔状态信息对脉冲电流参数进行实时调节，实现了对焊缝熔透的实时控制。该系统实现了脉冲等离子弧焊过程“一脉一孔”的智能控制，焊缝成形美观。 实验表明，仿真和实际施焊的结果有良好的一致性。这说明了基于单片机的脉冲等离子弧焊接模糊控制系统的数学模型是正确的；所研制开发的软、硬件系统的工作是可靠的。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1等离子弧概述

1.2等离子弧焊接

1.3等离子弧焊接的基本方法

1.3.1小孔型等离子弧焊

1.3.2熔透型等离子弧焊

1.3.3脉冲等离子弧焊

1.4小孔型等离子弧焊接发展面临的主要问题及解决方法

1.5小孔型等离子弧焊过程质量控制的研究现状

1.6本课题的研究意义和内容

第二章脉冲等离子弧焊接模糊控制系统

2.1等离子弧焊接模糊控制系统总体框图

2.2单片机控制系统

2.2.1单片机

2.2.2单片机外围电路

2.2.3焊机给定参数电路控制原理

2.3熔透的控制思想

2.3.1脉冲等离子弧焊过程中的脉冲参数

2.3.2脉冲焊接熔透控制策略

2.4本章小结

第三章脉冲等离子弧焊熔透模糊控制器的设计

3.1模糊控制理论

3.2模糊控制在焊接中的应用

3.2.1国外应用情况

3.2.2国内应用情况

3.3模糊控制器的结构及其设计

3.3.1模糊控制器的结构

3.3.2模糊控制器的设计

3.4用查表法设计模糊控制器

3.4.1查表法的作法

3.4.2用查表法设计脉冲等离子弧焊熔透模糊控制器

3.5本章小结

第四章模糊控制系统的MATLAB仿真及其单片机实现

4.1脉冲等离子弧焊熔透模糊控制器的软件仿真

4.1.1模糊推理过程

4.1.2模糊逻辑工具箱的图形界面工具

4.2弧焊电源系统的数学模型

4.2.1弧焊电源系统数学模型的建立方法

4.2.2弧焊电源系统的传递函数

4.3控制系统的仿真

4.4模糊控制的单片机实现

4.4.1单片机与模糊控制

4.4.2单片机系统概述

4.4.3单片机模糊控制器

4.4.4用查表法实现单片机模糊控制

4.5本章小结

第五章实验验证与分析

5.1模拟实验概述

5.2两种控制方法的程序流程及仿真

5.2.1主程序流程图

5.2.2分阶段控制法的程序流程及仿真

5.2.3模糊控制法的程序流程及仿真

5.3模拟实验

5.3.1分阶段控制法的模拟实验

5.3.2模糊控制法的模拟实验

5.4闭环实时控制实验

5.4.1小孔信号的检测与处理

5.4.2最终闭环实时控制实验

5.5本章小结

第六章结论

参考文献

发表论文

附录 单片机系统的硬件电路图

致谢