嵌入式電鐓智能控制

系統的運動微分方程為：

阻尼比ξ的大小可以用來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，液壓系統振動更厲害。
在嵌入式智能電鐓機上，選擇了氣液結合驅動。氣液聯合驅動是指以壓縮空氣為動力源，通過氣液轉換元件將氣體動力轉換成液體動力的驅動方式。在本系統中，采用氣液聯動驅動砧子塊，鐓粗缸采用直接氣體動力驅動。圖4是在鐓粗缸換向時，壓力傳感器測得的壓力振動曲線示波器截圖。液壓驅動式鐓粗缸振動幅值比氣體驅動大25倍，振蕩次數超過10次。實驗證明，氣液結合驅動系統壓力穩定性好。

4 模糊自整定PID控制策略
電鐓控制系統屬于非線性時滯系統，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是將模糊控制與經典PID控制相結合的控制器，適用毛非線性、數學模型不確定的系統。
模糊自整定PID是在PID算法的基礎上，通過計算當前系統誤差e和誤差變化ec，利用模糊規則進行模糊推理，查詢模糊矩陣表進行參數調整。模糊控制設計的核心問題是總結設計人員的技術知識和實際操作經驗，建立合適的模糊規則表，得到針對kD、ki、kd三個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：

在線運行過程中，控制系統通過對模糊邏輯規則的結果處理、查表和運算，完成對PID參數在線自校正。
在電鐓控制系統中，分別有電流、壓力、速度三個控制參數；以壓力為例來說明。在初始階段，由于棒料加熱溫度沒達到形變要求，形變較慢。在熱鐓階段，溫度已到達要求，形變較快。所以，可通過檢測溫度實時值，來控制壓力輸出。把經驗所得的溫度和壓力對應表作為模糊集。溫度作為控制器的輸入量，經過模糊矢量化后輸入給PID控制器，最終得到PID輸出量后，轉換位壓力控制量輸出給氣壓比例閥實現壓力控制。系統框圖如圖5所示。

5 結語
嵌入式智能電鐓機采用ARM7微處理器為核心的控制平臺，實現了電鐓加工過程的自動控制。基于μC／OS-II操作系統設計的控制軟件，人機界面簡單方便，操作人性化。選用模糊PID控制策略，克服了系統的非線性和時滯性問題，魯棒性大大增強。本系統經某汽配廠電鐓現場使用表明，提高了氣門生產自動化程度，有助于提高工廠的經濟效益。