焊接自動化技術(shù)

目錄
前言
第一章 緒論 1
1.1 發(fā)展焊接自動化的意義 1
1.2 焊接自動化概念 2
1.3 焊接過程被控對象 2
1.4 反饋控制系統(tǒng)的組成 3
1.5 自動控制系統(tǒng)的分類及要求 4
1.6 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 8
1.6.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的分類 8
1.6.2 建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本方法 8
1.6.3 系統(tǒng)微分方程模型的建立 9
1.6.4 線性連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立 11
1.6.5 控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù) 12
1.6.6 焊接電弧環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的建立 14
1.7 系統(tǒng)綜合與校正問題 20
1.7.1 控制性能指標(biāo) 20
1.7.2 系統(tǒng)設(shè)計的步驟 21
1.7.3 系統(tǒng)校正設(shè)計及方案 21
1.7.4 常用的模擬電路校正網(wǎng)絡(luò) 24
1.7.5 數(shù)字校正的優(yōu)勢 26
本章小結(jié) 27
習(xí)題與思考題 28
第二章 焊接計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 31
2.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成 31
2.2 過程通道 32
2.2.1 模擬量輸入通道 32
2.2.2 模擬量輸出通道 33
2.2.3 開關(guān)量輸入通道 34
2.2.4 開關(guān)量輸出通道 34
2.3 離散采樣 34
2.4 脈沖傳遞函數(shù) 37
2.4.1 脈沖傳遞函數(shù)定義 37
2.4.2 串聯(lián)環(huán)節(jié)的脈沖傳遞函數(shù) 38
2.5 線性離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù) 41
2.6 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性 43
2.6.1 s平面到z平面的映射關(guān)系 44
2.6.2 勞斯穩(wěn)定判據(jù) 44
2.7 線性離散系統(tǒng)的時域分析 46
2.7.1 極點(diǎn)在z平面的分布與暫態(tài)響應(yīng) 46
2.7.2 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 48
本章小結(jié) 49
習(xí)題與思考題 49
第三章 數(shù)字控制器連續(xù)化設(shè)計方法 51
3.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計步驟 51
3.2 模擬調(diào)節(jié)器的離散化方法 52
3.3 PID算法的數(shù)字實現(xiàn) 55
3.3.1 模擬PID調(diào)節(jié)器 56
3.3.2 PID算法的數(shù)字實現(xiàn) 59
3.4 幾種改進(jìn)的PID控制算法 62
3.4.1 對積分項的改進(jìn) 62
3.4.2 對微分項的改進(jìn) 66
3.4.3 其他改進(jìn)的PID控制算法 69
3.5 PID控制器的參數(shù)整定 73
本章小結(jié) 76
習(xí)題與思考題 77
第四章 數(shù)字控制器離散化設(shè)計方法 78
4.1 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計步驟 78
4.2 數(shù)字控制器的頻域設(shè)計法 79
4.2.1 w變換 80
4.2.2 數(shù)字控制器的頻域法——w變換法設(shè)計步驟 81
4.3 串聯(lián)校正器的設(shè)計 82
4.3.1 滯后與超前校正器結(jié)構(gòu)與特性 82
4.3.2 串聯(lián)相位滯后校正器的w變換法設(shè)計 85
4.3.3 串聯(lián)相位超前校正器的w變換法設(shè)計 86
4.4 純滯后對象的控制算法一大林算法 87
4.4.1 大林算法的設(shè)計原則及數(shù)字控制器的形式 87
4.4.2 振鈴現(xiàn)象的產(chǎn)生及其消除 89
4.4.3 大林算法的設(shè)計步驟 92
4.5 數(shù)字控制器的程序?qū)崿F(xiàn)方法 93
4.5.1 數(shù)字控制器的直接程序設(shè)計法 93
4.5.2 數(shù)字控制器的串行程序設(shè)計法 94
4.5.3 數(shù)字控制器的并行程序設(shè)計法 96
本章小結(jié) 97
習(xí)題與思考題 98
第五章 焊接智能控制算法 99
5.1 模糊控制 99
5.1.1 模糊控制的基本概念 99
5.1.2 模糊控制的特點(diǎn) 99
5.1.3 模糊控制的設(shè)計原理 100
5.1.4 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計 101
5.1.5 模糊控制在焊接中應(yīng)用示例 103
5.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 109
5.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理 109
5.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本數(shù)學(xué)模型 110
5.2.3 常見神經(jīng)元響應(yīng)函數(shù) 114
5.2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本學(xué)習(xí)算法 116
5.2.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)建模 118
5.3 專家控制系統(tǒng) 122
5.3.1 專家控制系統(tǒng)概述 122
5.3.2 專家系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn) 123
5.3.3 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 124
5.3.4 專家控制系統(tǒng)的控制要求與設(shè)計原則 124
5.3.5 專家控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 125
5.3.6 專家控制的分類 127
5.3.7 高頻焊螺旋翅片管焊接過程實時專家控制示例 128
本章小結(jié) 130
習(xí)題與思考題 131
第六章 焊接自動化中的傳感器與執(zhí)行元件 132
6.1 傳感器概述 132
6.1.1 傳感器的概念及分類 132
6.1.2 傳感器的選用原則 132
6.1.3 測量誤差的分類 133
6.2 焊接過程中的傳感器 134
6.2.1 溫度傳感器 134
6.2.2 壓力傳感器 136
6.2.3 位移傳感器 137
6.2.4 速度傳感器 138
6.2.5 電流/電壓傳感器 140
6.2.6 焊接過程的視覺傳感 141
6.3 焊接自動化中的執(zhí)行元件 143
6.3.1 電動執(zhí)行元件 143
6.3.2 氣動執(zhí)行元件 151
6.3.3 液壓執(zhí)行元件 154
6.3.4 電磁閥執(zhí)行元件 156
6.3.5 電力電子器件及驅(qū)動電路 160
本章小結(jié) 165
習(xí)題與思考題 166
第七章 焊接自動化中的DSP控制技術(shù) 167
7.1 DSP發(fā)展簡介 167
7.2 單片機(jī)與DSP比較 168
7.3 TMS320F28335芯片的主要特性 168
7.4 ePWM的模塊及其應(yīng)用 170
7.4.1 SPWM產(chǎn)生原理 170
7.4.2 ePWM模塊簡介 172
7.4.3 ePWM主要模塊設(shè)置 173
7.5 定時雑滕作 177
7.5.1 定時器內(nèi)部寄存器簡介 177
7.5.2 計數(shù)器計數(shù) 177
7.5.3 定時器時鐘周期 177
7.5.4 看門狗的使用 178
7.6 Dead-Band模塊的設(shè)置 180
7.7 A/D模塊的設(shè)置 182
7.8 仿真工具和開發(fā)環(huán)境 183
7.8.1 標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)環(huán)境 183
7.8.2 基于MATLAB的DSP調(diào)試環(huán)境 184
7.9 基于DSP的數(shù)字化焊接電源設(shè)計 186
7.9.1 問題的提出 186
7.9.2 硬件系統(tǒng)的組成 187
7.9.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 187
本章小結(jié) 190
習(xí)題與思考題 190
第八章 焊接自動化中的現(xiàn)場總線技術(shù) 192
8.1 工業(yè)控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展階段 192
8.1.1 模擬儀表控制系統(tǒng) 192
8.1.2 集中式數(shù)字控制系統(tǒng) 192
8.1.3 集散控制系統(tǒng) 193
8.1.4 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 193
8.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 194
8.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 195
8.4 現(xiàn)場總線控制技術(shù)在焊接中的作用 196
8.5 主流現(xiàn)場總線簡介 196
8.6 CAN現(xiàn)場總線 198
8.6.1 CAN總線特點(diǎn) 199
8.6.2 CAN總線結(jié)構(gòu) 199
8.6.3 CAN總線協(xié)議 201
8.7 TMS320F28335上CAN模塊簡介 207
8.7.1 CAN時鐘模塊 208
8.7.2 郵箱初始化設(shè)置程序 208
8.7.3 消息發(fā)送和接收程序 209
8.8 “互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的焊接管理和控制系統(tǒng)的案例 210
8.8.1 系統(tǒng)工作原理 210
8.8.2 系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu) 210
8.8.3 網(wǎng)絡(luò)搭建 211
8.8.4 焊機(jī)群控系統(tǒng)主要功能 211
本章小結(jié) 215
習(xí)題與思考題 215
第九章 焊接自動化中的數(shù)據(jù)處理技術(shù) 217
9.1 傳感環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)濾波 217
9.1.1 模擬濾波 217
9.1.2 數(shù)字濾波 221
9.2 標(biāo)度變換 223
9.3 報警處理 226
9.4 結(jié)果數(shù)據(jù)的整理方法 226
9.5 工業(yè)控制數(shù)據(jù)庫技術(shù) 229
9.5.1 工業(yè)控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 230
9.5.2 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 231
9.5.3 實時數(shù)據(jù)庫 231
9.5.4 報警數(shù)據(jù)庫 233
9.5.5 歷史數(shù)據(jù)庫 233
9.5.6 安全信息數(shù)據(jù)庫 234
9.6 基于組態(tài)軟件的實時數(shù)據(jù)庫技術(shù) 234
9.6.1 組態(tài)軟件實時數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識 234
9.6.2 MCGS組態(tài)軟件實時數(shù)據(jù)庫的建立 236
本章小結(jié) 242
習(xí)題與思考題 243
第十章 機(jī)器人控制技術(shù)基礎(chǔ) 244
10.1 焊接機(jī)器人系統(tǒng) 244
10.1.1 焊接機(jī)器人系統(tǒng)的組成 244
10.1.2 工業(yè)機(jī)器人的分類 245
10.1.3 焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式 246
10.1.4 機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng) 249
10.2 簡易焊接機(jī)器人工作站 249
10.2.1 簡易弧焊機(jī)器人工作站 249
10.2.2 簡易點(diǎn)焊機(jī)器人工作站 250
10.3 機(jī)器人運(yùn)動學(xué) 250
10.3.1 運(yùn)動學(xué)基礎(chǔ) 251
10.3.2 機(jī)器人的正逆運(yùn)動學(xué) 255
10.3.3 機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的解 255
10.4 機(jī)器人編程 256
10.4.1 機(jī)器人在線編程 256
10.4.2 機(jī)器人離線編程技術(shù) 258
10.4.3 焊接機(jī)器人編程 259
本章小結(jié) 262
習(xí)題與思考題 262
參考文獻(xiàn) 263
附錄 拉普拉斯變換及z變換簡表 265