嵌入式電鐓智能控制

系統(tǒng)的運動微分方程為：

阻尼比ξ的大小可以用來表示振幅衰減的快慢，阻尼比越大，振幅的衰減越快；阻尼比越小，則超調(diào)量越大。由于液壓缸彈簧剛度k值遠大于氣缸k值，故液壓缸系統(tǒng)阻尼比小于氣缸系統(tǒng)阻尼比，可以判斷在同樣階躍激勵作用下，液壓系統(tǒng)振動更厲害。
在嵌入式智能電鐓機上，選擇了氣液結(jié)合驅(qū)動。氣液聯(lián)合驅(qū)動是指以壓縮空氣為動力源，通過氣液轉(zhuǎn)換元件將氣體動力轉(zhuǎn)換成液體動力的驅(qū)動方式。在本系統(tǒng)中，采用氣液聯(lián)動驅(qū)動砧子塊，鐓粗缸采用直接氣體動力驅(qū)動。圖4是在鐓粗缸換向時，壓力傳感器測得的壓力振動曲線示波器截圖。液壓驅(qū)動式鐓粗缸振動幅值比氣體驅(qū)動大25倍，振蕩次數(shù)超過10次。實驗證明，氣液結(jié)合驅(qū)動系統(tǒng)壓力穩(wěn)定性好。

4 模糊自整定PID控制策略
電鐓控制系統(tǒng)屬于非線性時滯系統(tǒng)，涉及溫度、壓力、電流等參數(shù)的控制。用常規(guī)的PID控制器，難以達到較好的效果。模糊PID是將模糊控制與經(jīng)典PID控制相結(jié)合的控制器，適用毛非線性、數(shù)學(xué)模型不確定的系統(tǒng)。
模糊自整定PID是在PID算法的基礎(chǔ)上，通過計算當(dāng)前系統(tǒng)誤差e和誤差變化ec，利用模糊規(guī)則進行模糊推理，查詢模糊矩陣表進行參數(shù)調(diào)整。模糊控制設(shè)計的核心問題是總結(jié)設(shè)計人員的技術(shù)知識和實際操作經(jīng)驗，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對kD、ki、kd三個參數(shù)分別整定的模糊控制表。kp、ki、kd的模糊規(guī)則表建立后，再應(yīng)用模糊合成推理設(shè)計PID參數(shù)的模糊矩陣表，查出修正參數(shù)帶入下式計算：

在線運行過程中，控制系統(tǒng)通過對模糊邏輯規(guī)則的結(jié)果處理、查表和運算，完成對PID參數(shù)在線自校正。
在電鐓控制系統(tǒng)中，分別有電流、壓力、速度三個控制參數(shù)；以壓力為例來說明。在初始階段，由于棒料加熱溫度沒達到形變要求，形變較慢。在熱鐓階段，溫度已到達要求，形變較快。所以，可通過檢測溫度實時值，來控制壓力輸出。把經(jīng)驗所得的溫度和壓力對應(yīng)表作為模糊集。溫度作為控制器的輸入量，經(jīng)過模糊矢量化后輸入給PID控制器，最終得到PID輸出量后，轉(zhuǎn)換位壓力控制量輸出給氣壓比例閥實現(xiàn)壓力控制。系統(tǒng)框圖如圖5所示。

5 結(jié)語
嵌入式智能電鐓機采用ARM7微處理器為核心的控制平臺，實現(xiàn)了電鐓加工過程的自動控制。基于μC／OS-II操作系統(tǒng)設(shè)計的控制軟件，人機界面簡單方便，操作人性化。選用模糊PID控制策略，克服了系統(tǒng)的非線性和時滯性問題，魯棒性大大增強。本系統(tǒng)經(jīng)某汽配廠電鐓現(xiàn)場使用表明，提高了氣門生產(chǎn)自動化程度，有助于提高工廠的經(jīng)濟效益。