埋弧自動(dòng)焊弧長(zhǎng)模糊控制器

摘要：為滿(mǎn)足埋弧焊過(guò)程弧長(zhǎng)實(shí)時(shí)穩(wěn)定控制要求，研制了以高速微處理為核心的微機(jī)控制系統(tǒng)和一套開(kāi)關(guān)式的送絲調(diào)速系統(tǒng)。引入通過(guò)模糊目標(biāo)隸屬函數(shù)調(diào)節(jié)修正函數(shù)來(lái)調(diào)整模糊控制規(guī)則的模糊控制算法，設(shè)計(jì)了以模糊控制為核心的埋弧焊過(guò)程電弧智能控制系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上討論了模糊控制的修正函數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，合理的控制參數(shù)直接影響焊接質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)采用模糊控制在焊縫成型以及過(guò)程穩(wěn)定等方面都有較大提高。
關(guān)鍵詞：埋弧焊；弧長(zhǎng)；微機(jī)控制；模糊控制

l 前言
焊接過(guò)程電弧弧長(zhǎng)的穩(wěn)定對(duì)焊接質(zhì)量至關(guān)重要。目前，埋弧焊弧長(zhǎng)的調(diào)節(jié)控制主要有兩種：一種是實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電流改變焊絲熔化速度，從而控制弧長(zhǎng)，抑制擾動(dòng)；另一種是弧壓或電流反饋實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)送絲速度，采用PID控制弧長(zhǎng)等參數(shù)以穩(wěn)定焊接過(guò)程。而這兩種方法在對(duì)粗絲大電流工作條件下存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、焊接過(guò)程穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量控制。模糊控制作為一種智能控制策略，在弧焊電弧穩(wěn)定性控制的應(yīng)用具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)需建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，較易建立語(yǔ)言變量的控制規(guī)則，系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，尤其適用于非線(xiàn)性、時(shí)變、滯后系統(tǒng)的埋弧自動(dòng)焊弧長(zhǎng)的控制。為此，在研究單片機(jī)控制的埋弧自動(dòng)焊裝備基礎(chǔ)上，引入基于修正因子的模糊控制策略，采用弧壓反饋方式，以送絲速度為控制量，弧壓為被控制量，研究埋弧自動(dòng)焊弧長(zhǎng)模糊控制器。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
埋弧自動(dòng)焊系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)是由容量l 000 A、主頻20 kHz的IGBT逆變電源為主機(jī)、電源驅(qū)動(dòng)電路、送絲驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。其中電源驅(qū)動(dòng)電路由以SG3525為核心的PWM脈寬調(diào)制電路、隔離電路、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓，欠壓保護(hù)電路組成。送絲驅(qū)動(dòng)控制電路由以SG3525為核心的開(kāi)關(guān)式調(diào)速電路組成。單片機(jī)及其外圍電路由以DS80C320為核心的微機(jī)系統(tǒng)、A／D轉(zhuǎn)換、D／A轉(zhuǎn)換、隔離電路、鍵盤(pán)給定顯示電路組成。

2．1 送絲調(diào)速電路
系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)式送絲調(diào)速系統(tǒng)，送絲機(jī)驅(qū)動(dòng)為110 V直流印刷電機(jī)。其開(kāi)關(guān)式送絲調(diào)速系統(tǒng)的主電路如圖2所示。其工作原理：輸入電壓Ui經(jīng)整流濾波后為有紋波的直流電壓，然后提供給MOSFET，MOSFET由PWM控制電路提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，將直流電壓轉(zhuǎn)換為脈沖電壓，再通過(guò)輸出電感得到輸出電壓U0，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出占空比，就可調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。該電路的PWM控制電路采用脈沖寬度調(diào)制器SG3525得到PWM信號(hào)，通過(guò)電樞電壓負(fù)反饋來(lái)保持電樞電壓的穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該送絲系統(tǒng)經(jīng)實(shí)測(cè)送絲速度范圍為0～24 m／min，送絲平穩(wěn)可靠，可滿(mǎn)足埋弧焊的送絲和抽絲控制要求。