毕业设计论文-模糊控制在锅炉焊接过程中的应用

毕业设计论文-模糊控制在锅炉焊接过程中的应用内容摘要：

密电阻获得。 AD521 的基本接法如图 26 所示 图 26 AD521 的基本接法 Fig 26 AD521 of basic connect the method 在本系统中，其 +IN 管脚接位移传感器，为输入，其－ IN 管脚接地， Vout 输出接ADC0809。 管脚（ 4， 6）用来调节放大器的零点。 其放大倍数在 到 1000 范围内调整，选用 Rs=100kΩ 15%时，可以得到较稳定的放大倍数。 放大倍数可以用下式计算： SGRK R （ 23） 在本系统中， Rs=100， RG=10，所以 K=10。 3. 计算机控制系统的硬件 组成及工作原理 单片机控制设计的技术要求 1）整个焊接过程的控制 整个焊接过程作为数据程序，借助键盘得到输入，修改，再现和储存，以及输入修改方案。 2）主要工艺参数 焊缝路径长度和工艺参数象限区间，每个象限下有焊接电流（直流和脉冲电流），电流递增时间（或斜率）焊接速度及提前 —滞后送气时间等参数。 焊接方法的选择；焊接材料的选择；工 件 厚度的选择。 3）焊接参数范围及精度 焊接速度： 0～  53% 焊接电流： 6 ～ 255A  3% 脉冲时间： 0～  3% 基值时间： 0～  3% 脉冲频率： ～ 250HZ  1% 提前 /滞后送气时间： 0～ 电流递增 /衰减时间： 0～ 焊逢长度： 0～ 4）主要功能 具有故障诊断，报警，显示以及实时检测等功能。 5）抗干扰能力 通 过硬件和软件措施，提高抗干扰能力，确保安全工作。 单片机控制系统的组成 单片机控制系统中，作为核心部分的芯片有模 /数转换 ADC0809，单片机 8031，并行接口扩展芯片 8255 等。 模 /数转换电路 模数转换器电路， ADC0809 集成芯片组成，共有八个输入通道，本设计采用一个输入量，所以 A/D 转换电路为单入通道。 ADC0809 是 8 路 8 位逐次逼近型 A/D 转换 CMOS 器件，在控制过程中，对多路模拟信号进行分析采集和 A/D 转换，输出数字信号通过三态缓冲器，直接与微处理器的数据总线相连接。 ADC0809 的主要特性如下： 16 （ 1）分辨率为 8 位。 （ 2）最大不可调误差小于  ULSB。 （ 3）可锁存三态输出，能与 8 位微处理器接口。 （ 4）输出与 TTL兼容。 （ 5）不必进行零点和满度调整。 （ 6）单电源供电，供电电压为。 （ 7）转换速率取决于芯片的时钟频率，时钟频率范围是： 10—1280KHZ。 当时钟频率为500KHZ时，对应的转换时间为 128us。 由于本设计只检测一个位移量，故只用一个模拟信号输入端口 IN。 与 8031 的接口电路如图 31 所示： 图 31 ADC0809 与 8031 接口连接 Fig31 ADC0809 with 8031 connect conjunction 图中 START（启动控制输入设备）用于启动内部的 A/D 转换过程，高电平时有效。 ALE（地址锁存控制输入设备）与 START 连在一起，通过软件输入一个正脉冲，可立即启动 A/D 转换。 EOC（转换结果信号输出设备）开始 A/D 转换时为低电平，转换结束时输出高电平。 OE（输出允许控制设备）用于打开三态输出锁存器。 当 OE 为高电平时，打开输出锁存器， 将转换后的数据量输送到数据总线上。 单片机 8031 8031 单片机在芯片上集成了微机的基本部分，从功能上满足了焊接控制的要求。 8031 是 MCS—51 系列产品中的一种，由于 8031 内部没有程序存储器 ROM，所以必须外接 EPROM 作为程序存储器，才能构成完整的微型机。 ALE（地址锁存使能输出设备）这里接 74LS373 的 G 端和 ADC0809 的 CLK。 当CPU 访问外部储存器时， ALE 的输出作为外部锁存地址的低位字节的控制信号；当不访问外部存储器时，程序存储器的 ALE 端仍以 1/6 的时钟振荡频率固定地输 出正脉冲。 它用于对外输出的时钟，每当访问外部数据存储器时会使一个脉冲。 ALE 端可以驱动 8 个LSTTL 负载。 PSEN（外部程序存储器选通信号）这里按 EPROM2764 的 OE 低电平有效。 CPU 在访问外部程序存储 器 期间，每当访问外部数据存储器时这两次有效的 PSEN信号不出现。 PSEN 端可以驱动为 8 个 LSTTL 负载。 EA/VPP（外部访问允许 /编程电源输入）当 EA 端输入为高电平时， CPU 执行程序，在低 4KB（ 0000H～ OFFFH）地址上范围内，访问片内程序存储器；在程序计数器 PC 的值超过 4KB 地址时，将自动转向执 行片外程序存储器的程序。 对于 8031 来说由于片内无程序存储器，所以 EA 必须接低电平。 输入 /输出（ I/O）引脚 P0， P1， P2 和 P3。 ～ ： P0 是一个 8 位 双向数据总线。 在 EPROM 编程时，从 P0 口输入指令字节；在实证程序时，则输出指令字节。 P0 口能以吸收电流的方式驱动 8 个 LSTTL负载。 接 8255 和 6116 的 CS 端， 口与 RD端构成与非门控制 ADC0809[7]。 系统扩展电路 在单片机应用系统中由 803地址锁存器（ 74LS373）、程序存储器 2764 和数据存储器 6116 及上电复位电路构成 8031 的最小系统。 数据存储器与 8031 的连接 这里主要采用 6116 用来设计模糊控制器的程序。 6116 芯片是一种典型的 CMOS 静态 RAM，其芯片的容量为 2K8 位，它有 2048 个存储单元，每个存储单元字长为 8 位，故 6116 芯片内有 16384 个基本存储电路。 为了节省内部译码电路，将它们排列成128128 的矩阵形式，它是存储器存储信息的载体 [1]。 6116 的片选信号 __CE ,低电平有效，当 __CE =0 时，该片被选中。 __OE 读控制端， __E 为写控制端。 其与 8031 的接口电路如 32 所示： 18 图 32 8031 与 6116 接口电路 Fig 32 8031 with 6116 connect electric circuit 6116 芯片的工作方式： (1)写入方式。 其条件是： __CE =0， __E =0， __OE =1。 操作结果是 D0～ D7上的内容输入到 A0～ A10 所指定的存储单元中。 (2)读出方式。 其条件是： __CE =0， __E =1， __OE =0。 操作结果是 A0～ A10 的指定的存储单元内容输出到 D0～ D7上。 (3)低功耗维持方式，这 是一种 非工作方式，当 __CE =1 时，芯片处于这一方式。 此时，器件电流仅为 20 A 左右，为系统断电时用电池保持 RAM 的内容提供了可能性。 有时用户设置的参数需要长 期保存，为了避免意外掉电或关机后的数据丢失，需要时 RAM 采用掉电保护措施。 以中断源 INTO 来接受掉电信号，当比较器输入端有掉电信号时，在输出端向 INTO 发出一个低电平的脉冲信号，响应该中断后马上禁止对 RAM 的R/W 操作，以保证 RAM 中的数据不被破坏。 6116 的电源正常工作时，即 VccVbb,二极管 D 不导通 ,此时 ,微机控制系统用 Vcc 作工作电源。 掉电时，由于掉电前电容 C 上以被充电，故在 D 导通前由 C 放电维持 6116 的工作电流，待 D 导通后有电池供电 [2]。 程序存储器与 8031 的连接 只读存储器 ROM 的信息在使用时是不能改变的，即只能读出，而不能像 RAM 那样可随意写入，一般用来放固定程序，本设计选用 2764 容量 8K8。 2764 工作方式如表 31所示： 表 31 2764 工作方式 Tab 31 2764 work method 引脚 方式 Vcc VPP __CE __OE D0～ D7 读 +5V +5V 低 低 输出 未选中 +5V +5V 高 高阻 等待 +5V +5V 高 高阻 编程 +5V +25V 正脉冲 高 输入 编程检查 +5V +25V 低 低 输出 编程禁止 +5V +25V 低 高 高阻 2764 与 8031 的接口如图 33 所示： 图 33 2764 与 8031 的接口 Fig 33 2764 with 8031 connect 8255 与 8031 的连接 8255A 的特点是，可以通过软件设置不同的工作方 式，作为连接 CPU 和外设的接口，不需要或很少需要外加的硬件，使用十分灵活方便，通用性强。 8255 与 8031 的连接很规范简单，但需加一 74LS373，其它具体连接为： （ 1） 8255 的数据线 D0—D7 与 8031 的数据总线 — 直接相连； （ 2） 8255 的 RESET 与 8031 的 RESET 相接，当 8031 复位时， 8255 也同时复位 20 （ 3） 8255 的 WR、 RD 线与 8031 的 WR、 RD 相连； （ 4） 8255 的片选端 CS 通常与 8031 的 — 中一根断线相接，决定 8255 口地址； （ 5） 8255 的 A A0 通常接经 74LS373 锁存后的低 8 位地址 Q1Q0， A1A0 决定8255 内部 4 个端口地址； （ 6） 8255 的 A 口、 B 口、 C 口端线接外围设备，作为扩展的并行 I/O 口。 连接详情请见图 34 所示： 图 34 8031 与 8255 的连接 Fig 34 8031 with 8255 conjunction 系统的复位和复位电路 在实际应用系统中，为了保证复位电路可靠的工作，本设计采用电复位与手动复位组合电路。 所谓上电复位，是指单片机只要一上 电 ，便自动的进入复位系统。 在通电瞬间，电容 C 通过电阻 R 充电， RST 端出现正脉冲，用以复位，这里采用晶振为 6MHZ，C=10μF， R=。 所谓手动复位，是指通一按钮开关，使单片机进入复位状态。 在本设计 RC 电路产生复位信号在经施密特触发电路整形，然后接入单片机的复位端外围电路复位端。 8031 的 RSTV/P0（复位 /备用电源输入设备）该设备接上电复位与手动复位组合电路。 其电路图如 35 所示。 图 35 上电复位与手动复位组合电路 Fig 35 wire reply and hands bine the electric circuit 光电隔离 光电隔离的目的是割断两个电路的电联系，使之相互独立，从而割断噪音从一个电路进入另一个电路的通路，通过光电偶合器实现，光电偶合器如下图 36 所示： 图 36 光电偶合器 Fig 36 light electricity match the machine accidentally 光电偶合器是把一个发光二极管和一个光敏三极管封装在一个外壳里的器件，发光二极管和一个光敏三极管之间用透明绝缘体填充，并使发光管与光敏管对齐 [12]。 步进电机工作原理及驱动电路 步进电机的工作原理 步进电机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。 其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，既给一个脉冲电信号，电动机就旋转一个角度或前进一步。 步进电机的脚位移量 θ 或线位移量 S 与脉冲数 K 成正比，如图 37（ a）所示。 转速n或线速度 V与脉冲频率 f 成正比，如图 37(b)所示。 22 图 37 转速或线速 v 与脉冲频率 f 的关系 Fig 37 the relation between v and the pulse frequency 在负载能力范围内这些关系不因电源电压，负载大小，环境条件的波动而变化。 因而可适用于开环系统中作执行元件，使控制系统大为简化。 步进电机可以在很宽的范围内通过改变脉冲频率来调速，能够快速启动，反转和制动。 它不需要变换能直接将数字脉冲信号转换为角位移，很适合采用微机控制。 步进电机实际上是一个数字 /角度转换器，也是一个串行的 D/A 转换器。 图 38 为三相步进 电机的结构原理图。 从图中可以看出，电机的定子上有 6 个等分的磁极，相邻的两个磁极之间的夹角为 60176。 ，相对的两个磁极组成一相，如 A—A′， B—B′， C—C′。 当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极立即形成 N 极和 S 极，每个磁极上各有 5 个均匀分布的矩形小齿 [10]。 电机的转子上没有绕组，而是由 40 个矩形小齿均匀地分布在圆周上，相邻的两个小齿之间的夹角是 9176。 当某相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路。 如果这时定子的小齿与转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转。