埋弧自動焊弧長模糊控制器

摘要：為滿足埋弧焊過程弧長實時穩(wěn)定控制要求，研制了以高速微處理為核心的微機控制系統(tǒng)和一套開關(guān)式的送絲調(diào)速系統(tǒng)。引入通過模糊目標隸屬函數(shù)調(diào)節(jié)修正函數(shù)來調(diào)整模糊控制規(guī)則的模糊控制算法，設(shè)計了以模糊控制為核心的埋弧焊過程電弧智能控制系統(tǒng)。在實驗的基礎(chǔ)上討論了模糊控制的修正函數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，合理的控制參數(shù)直接影響焊接質(zhì)量。實驗表明，該系統(tǒng)采用模糊控制在焊縫成型以及過程穩(wěn)定等方面都有較大提高。
關(guān)鍵詞：埋弧焊；弧長；微機控制；模糊控制

l 前言
焊接過程電弧弧長的穩(wěn)定對焊接質(zhì)量至關(guān)重要。目前，埋弧焊弧長的調(diào)節(jié)控制主要有兩種：一種是實時調(diào)節(jié)電流改變焊絲熔化速度，從而控制弧長，抑制擾動；另一種是弧壓或電流反饋實時調(diào)節(jié)送絲速度，采用PID控制弧長等參數(shù)以穩(wěn)定焊接過程。而這兩種方法在對粗絲大電流工作條件下存在動態(tài)響應慢、焊接過程穩(wěn)定性差等缺點，難以實現(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)定性控制的應用具有諸多優(yōu)點，如無需建立被控對象的數(shù)學模型，較易建立語言變量的控制規(guī)則，系統(tǒng)魯棒性強，尤其適用于非線性、時變、滯后系統(tǒng)的埋弧自動焊弧長的控制。為此，在研究單片機控制的埋弧自動焊裝備基礎(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，研究埋弧自動焊弧長模糊控制器。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
埋弧自動焊系統(tǒng)硬件設(shè)計是由容量l 000 A、主頻20 kHz的IGBT逆變電源為主機、電源驅(qū)動電路、送絲驅(qū)動電路、單片機控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。其中電源驅(qū)動電路由以SG3525為核心的PWM脈寬調(diào)制電路、隔離電路、過流保護、過壓，欠壓保護電路組成。送絲驅(qū)動控制電路由以SG3525為核心的開關(guān)式調(diào)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(tǒng)、A／D轉(zhuǎn)換、D／A轉(zhuǎn)換、隔離電路、鍵盤給定顯示電路組成。

2．1 送絲調(diào)速電路
系統(tǒng)采用開關(guān)式送絲調(diào)速系統(tǒng)，送絲機驅(qū)動為110 V直流印刷電機。其開關(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)動信號而處于開關(guān)狀態(tài)，將直流電壓轉(zhuǎn)換為脈沖電壓，再通過輸出電感得到輸出電壓U0，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動信號的輸出占空比，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，通過電樞電壓負反饋來保持電樞電壓的穩(wěn)定，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。該送絲系統(tǒng)經(jīng)實測送絲速度范圍為0～24 m／min，送絲平穩(wěn)可靠，可滿足埋弧焊的送絲和抽絲控制要求。