嵌入式電鐓智能控制設(shè)計(jì)

　　3 電鐓機(jī)控制特性分析

　　3．1 電鐓常見(jiàn)缺陷

　　氣門毛坯成型過(guò)程中，由于各方面的參數(shù)影響，會(huì)出現(xiàn)不同類型的廢品，主要缺陷有：頭部有裂紋、頂部出現(xiàn)折疊、成型歪斜不均勻。

　　當(dāng)毛坯成形時(shí)棒料過(guò)熱、變形量大，在附加拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生軸向裂紋。折疊產(chǎn)生原因是始鐓溫度與終鐓溫度相差較大，金屬*結(jié)合不好，有明顯的分界線，形成臺(tái)階狀的折疊。而成型歪斜是由于砧子塊棒料接觸電阻相差懸殊，造成兩邊電流不均勻，棒料過(guò)多地流向溫度高的一側(cè)，引起歪斜。

　　從上面分析可見(jiàn)，常見(jiàn)缺陷成因主要可以歸結(jié)為：壓力不穩(wěn)定，電流不均勻，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有時(shí)滯性。

　　3．2 氣液結(jié)合驅(qū)動(dòng)

　　電鐓機(jī)振動(dòng)本身是復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，無(wú)法獲得精確的數(shù)值解，為建立電鐓機(jī)的振動(dòng)力學(xué)模型，在此做如下假設(shè)：

　　(1)將電鐓機(jī)機(jī)身、工件、砧子缸看作剛性質(zhì)量塊；忽略電鐓機(jī)連接及驅(qū)動(dòng)部件之間的間隙對(duì)電鐓機(jī)振動(dòng)的影響。

　　(2)將電鐓機(jī)機(jī)身及鐓粗缸等效為線性彈簧。

　　(3)只考慮電鐓機(jī)縱向方向的振動(dòng)。

　　由工程振動(dòng)理論知：振動(dòng)系統(tǒng)受到激勵(lì)發(fā)生的振動(dòng)，是由有阻尼自由振動(dòng)與穩(wěn)態(tài)振動(dòng)組成的。如圖3所示為電鐓機(jī)等效彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，k為彈簧剛度，c為粘性阻尼系數(shù)，F(xiàn)為一階躍激勵(lì)，所謂階躍激勵(lì)就是受到常力F的突然作用，即F(t)=F。

　　系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為：

　　阻尼比ξ的大小可以用來(lái)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(yuǎn)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(lì)作用下，液壓系統(tǒng)振動(dòng)更厲害。

　　在嵌入式智能電鐓機(jī)上，選擇了氣液結(jié)合驅(qū)動(dòng)。氣液聯(lián)合驅(qū)動(dòng)是指以壓縮空氣為動(dòng)力源，通過(guò)氣液轉(zhuǎn)換元件將氣體動(dòng)力轉(zhuǎn)換成液體動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)方式。在本系統(tǒng)中，采用氣液聯(lián)動(dòng)驅(qū)動(dòng)砧子塊，鐓粗缸采用直接氣體動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。圖4是在鐓粗缸換向時(shí)，壓力傳感器測(cè)得的壓力振動(dòng)曲線示波器截圖。液壓驅(qū)動(dòng)式鐓粗缸振動(dòng)幅值比氣體驅(qū)動(dòng)大25倍，振蕩次數(shù)超過(guò)10次。實(shí)驗(yàn)證明，氣液結(jié)合驅(qū)動(dòng)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(shí)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(dá)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(guò)計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)誤差e和誤差變化ec，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。模糊控制設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是總結(jié)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對(duì)kD、ki、kd三個(gè)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(jì)PID參數(shù)的模糊矩陣表，查出修正參數(shù)帶入下式計(jì)算：

　　在線運(yùn)行過(guò)程中，控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)模糊邏輯規(guī)則的結(jié)果處理、查表和運(yùn)算，完成對(duì)PID參數(shù)在線自校正。