嵌入式電鐓智能控制

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。
在電鐓控制系統(tǒng)中，分別有電流、壓力、速度三個(gè)控制參數(shù)；以壓力為例來(lái)說(shuō)明。在初始階段，由于棒料加熱溫度沒(méi)達(dá)到形變要求，形變較慢。在熱鐓階段，溫度已到達(dá)要求，形變較快。所以，可通過(guò)檢測(cè)溫度實(shí)時(shí)值，來(lái)控制壓力輸出。把經(jīng)驗(yàn)所得的溫度和壓力對(duì)應(yīng)表作為模糊集。溫度作為控制器的輸入量，經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)壓力控制。系統(tǒng)框圖如圖5所示。

5 結(jié)語(yǔ)
嵌入式智能電鐓機(jī)采用ARM7微處理器為核心的控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了電鐓加工過(guò)程的自動(dòng)控制?；讦藽／OS-II操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制軟件，人機(jī)界面簡(jiǎn)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(shí)滯性問(wèn)題，魯棒性大大增強(qiáng)。本系統(tǒng)經(jīng)某汽配廠電鐓現(xiàn)場(chǎng)使用表明，提高了氣門生產(chǎn)自動(dòng)化程度，有助于提高工廠的經(jīng)濟(jì)效益。