埋弧自動(dòng)焊弧長(cháng)模糊控制器

摘要：為滿(mǎn)足埋弧焊過(guò)程弧長(cháng)實(shí)時(shí)穩定控制要求，研制了以高速微處理為核心的微機控制系統和一套開(kāi)關(guān)式的送絲調速系統。引入通過(guò)模糊目標隸屬函數調節修正函數來(lái)調整模糊控制規則的模糊控制算法，設計了以模糊控制為核心的埋弧焊過(guò)程電弧智能控制系統。在實(shí)驗的基礎上討論了模糊控制的修正函數對系統性能的影響，合理的控制參數直接影響焊接質(zhì)量。實(shí)驗表明，該系統采用模糊控制在焊縫成型以及過(guò)程穩定等方面都有較大提高。
關(guān)鍵詞：埋弧焊；弧長(cháng)；微機控制；模糊控制

l 前言
焊接過(guò)程電弧弧長(cháng)的穩定對焊接質(zhì)量至關(guān)重要。目前，埋弧焊弧長(cháng)的調節控制主要有兩種：一種是實(shí)時(shí)調節電流改變焊絲熔化速度，從而控制弧長(cháng)，抑制擾動(dòng)；另一種是弧壓或電流反饋實(shí)時(shí)調節送絲速度，采用PID控制弧長(cháng)等參數以穩定焊接過(guò)程。而這兩種方法在對粗絲大電流工作條件下存在動(dòng)態(tài)響應慢、焊接過(guò)程穩定性差等缺點(diǎn)，難以實(shí)現高質(zhì)量控制。模糊控制作為一種智能控制策略，在弧焊電弧穩定性控制的應用具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)需建立被控對象的數學(xué)模型，較易建立語(yǔ)言變量的控制規則，系統魯棒性強，尤其適用于非線(xiàn)性、時(shí)變、滯后系統的埋弧自動(dòng)焊弧長(cháng)的控制。為此，在研究單片機控制的埋弧自動(dòng)焊裝備基礎上，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(cháng)模糊控制器。

2 系統硬件設計
埋弧自動(dòng)焊系統硬件設計是由容量l 000 A、主頻20 kHz的IGBT逆變電源為主機、電源驅動(dòng)電路、送絲驅動(dòng)電路、單片機控制系統組成，如圖1所示。其中電源驅動(dòng)電路由以SG3525為核心的PWM脈寬調制電路、隔離電路、過(guò)流保護、過(guò)壓，欠壓保護電路組成。送絲驅動(dòng)控制電路由以SG3525為核心的開(kāi)關(guān)式調速電路組成。單片機及其外圍電路由以DS80C320為核心的微機系統、A／D轉換、D／A轉換、隔離電路、鍵盤(pán)給定顯示電路組成。

2．1 送絲調速電路
系統采用開(kāi)關(guān)式送絲調速系統，送絲機驅動(dòng)為110 V直流印刷電機。其開(kāi)關(guān)式送絲調速系統的主電路如圖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控制電路提供的驅動(dòng)信號而處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，將直流電壓轉換為脈沖電壓，再通過(guò)輸出電感得到輸出電壓U0，通過(guò)調節驅動(dòng)信號的輸出占空比，就可調節輸出電壓的大小。該電路的PWM控制電路采用脈沖寬度調制器SG3525得到PWM信號，通過(guò)電樞電壓負反饋來(lái)保持電樞電壓的穩定，從而實(shí)現轉速的自動(dòng)調節。該送絲系統經(jīng)實(shí)測送絲速度范圍為0～24 m／min，送絲平穩可靠，可滿(mǎn)足埋弧焊的送絲和抽絲控制要求。