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關式的送絲調速系統。引入通過模糊目標隸屬函數調節修正函數來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程電弧智能控制系統。在實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量。實驗表明，該系統采用模糊控制在焊縫成型以及過程穩定等方面都有較大提高。
關鍵詞：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定對焊接質量至關重要。目前，埋弧焊弧長的調節控制主要有兩種：一種是實時調節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節送絲速度，采用PID控制弧長等參數以穩定焊接過程。而這兩種方法在對粗絲大電流工作條件下存在動態響應慢、焊接過程穩定性差等缺點，難以實現高質量控制。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點，如無需建立被控對象的數學模型，較易建立語言變量的控制規則，系統魯棒性強，尤其適用于非線性、時變、滯后系統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 系統硬件設計
埋弧自動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、電源驅動電路、送絲驅動電路、單片機控制系統組成，如圖1所示。其中電源驅動電路由以SG3525為核心的PWM脈寬調制電路、隔離電路、過流保護、過壓，欠壓保護電路組成。送絲驅動控制電路由以SG3525為核心的開關式調速電路組成。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、鍵盤給定顯示電路組成。

2．1 送絲調速電路
系統采用開關式送絲調速系統，送絲機驅動為110 V直流印刷電機。其開關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信號而處于開關狀態，將直流電壓轉換為脈沖電壓，再通過輸出電感得到輸出電壓U0，通過調節驅動信號的輸出占空比，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，通過電樞電壓負反饋來保持電樞電壓的穩定，從而實現轉速的自動調節。該送絲系統經實測送絲速度范圍為0～24 m／min，送絲平穩可靠，可滿足埋弧焊的送絲和抽絲控制要求。