嵌入式電鐓智能控制設計

　　3 電鐓機控制特性分析

　　3．1 電鐓常見(jiàn)缺陷

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

　　當毛坯成形時(shí)棒料過(guò)熱、變形量大，在附加拉應力的作用下產(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*結合不好，有明顯的分界線(xiàn)，形成臺階狀的折疊。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，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為：壓力不穩定，電流不均勻，驅動(dòng)系統有時(shí)滯性。

　　3．2 氣液結合驅動(dòng)

　　電鐓機振動(dòng)本身是復雜的非線(xiàn)性系統，無(wú)法獲得精確的數值解，為建立電鐓機的振動(dòng)力學(xué)模型，在此做如下假設：

　　(1)將電鐓機機身、工件、砧子缸看作剛性質(zhì)量塊；忽略電鐓機連接及驅動(dòng)部件之間的間隙對電鐓機振動(dòng)的影響。

　　(2)將電鐓機機身及鐓粗缸等效為線(xiàn)性彈簧。

　　(3)只考慮電鐓機縱向方向的振動(dòng)。

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

　　系統的運動(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，故液壓缸系統阻尼比小于氣缸系統阻尼比，可以判斷在同樣階躍激勵作用下，液壓系統振動(dòng)更厲害。

　　在嵌入式智能電鐓機上，選擇了氣液結合驅動(dòng)。氣液聯(lián)合驅動(dòng)是指以壓縮空氣為動(dòng)力源，通過(guò)氣液轉換元件將氣體動(dòng)力轉換成液體動(dòng)力的驅動(dòng)方式。在本系統中，采用氣液聯(lián)動(dòng)驅動(dòng)砧子塊，鐓粗缸采用直接氣體動(dòng)力驅動(dòng)。圖4是在鐓粗缸換向時(shí)，壓力傳感器測得的壓力振動(dòng)曲線(xiàn)示波器截圖。液壓驅動(dòng)式鐓粗缸振動(dòng)幅值比氣體驅動(dòng)大25倍，振蕩次數超過(guò)10次。實(shí)驗證明，氣液結合驅動(dòng)系統壓力穩定性好。

　　4 模糊自整定PID控制策略

　　電鐓控制系統屬于非線(xiàn)性時(shí)滯系統，涉及溫度、壓力、電流等參數的控制。用常規的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控制相結合的控制器，適用毛非線(xiàn)性、數學(xué)模型不確定的系統。

　　模糊自整定PID是在PID算法的基礎上，通過(guò)計算當前系統誤差e和誤差變化ec，利用模糊規則進(jìn)行模糊推理，查詢(xún)模糊矩陣表進(jìn)行參數調整。模糊控制設計的核心問(wèn)題是總結設計人員的技術(shù)知識和實(shí)際操作經(jīng)驗，建立合適的模糊規則表，得到針對kD、ki、kd三個(gè)參數分別整定的模糊控制表。kp、ki、kd的模糊規則表建立后，再應用模糊合成推理設計PID參數的模糊矩陣表，查出修正參數帶入下式計算：

　　在線(xiàn)運行過(guò)程中，控制系統通過(guò)對模糊邏輯規則的結果處理、查表和運算，完成對PID參數在線(xiàn)自校正。