焊接自動化技術

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)學模型 8
1.6.1 系統(tǒng)數(shù)學模型的分類 8
1.6.2 建立系統(tǒng)數(shù)學模型的基本方法 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 20
1.7.2 系統(tǒng)設計的步驟 21
1.7.3 系統(tǒng)校正設計及方案 21
1.7.4 常用的模擬電路校正網(wǎng)絡 24
1.7.5 數(shù)字校正的優(yōu)勢 26
本章小結 27
習題與思考題 28
第二章 焊接計算機控制系統(tǒng)設計基礎 31
2.1 計算機控制系統(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 開關量輸入通道 34
2.2.4 開關量輸出通道 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 極點在z平面的分布與暫態(tài)響應 46
2.7.2 線性離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 48
本章小結 49
習題與思考題 49
第三章 數(shù)字控制器連續(xù)化設計方法 51
3.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設計步驟 51
3.2 模擬調節(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調節(jié)器 56
3.3.2 PID算法的數(shù)字實現(xiàn) 59
3.4 幾種改進的PID控制算法 62
3.4.1 對積分項的改進 62
3.4.2 對微分項的改進 66
3.4.3 其他改進的PID控制算法 69
3.5 PID控制器的參數(shù)整定 73
本章小結 76
習題與思考題 77
第四章 數(shù)字控制器離散化設計方法 78
4.1 數(shù)字控制器的離散化設計步驟 78
4.2 數(shù)字控制器的頻域設計法 79
4.2.1 w變換 80
4.2.2 數(shù)字控制器的頻域法——w變換法設計步驟 81
4.3 串聯(lián)校正器的設計 82
4.3.1 滯后與超前校正器結構與特性 82
4.3.2 串聯(lián)相位滯后校正器的w變換法設計 85
4.3.3 串聯(lián)相位超前校正器的w變換法設計 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 大林算法的設計步驟 92
4.5 數(shù)字控制器的程序實現(xiàn)方法 93
4.5.1 數(shù)字控制器的直接程序設計法 93
4.5.2 數(shù)字控制器的串行程序設計法 94
4.5.3 數(shù)字控制器的并行程序設計法 96
本章小結 97
習題與思考題 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 99
5.1.3 模糊控制的設計原理 100
5.1.4 模糊控制器的基本結構及設計 101
5.1.5 模糊控制在焊接中應用示例 103
5.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制 109
5.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡原理 109
5.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡的基本數(shù)學模型 110
5.2.3 常見神經(jīng)元響應函數(shù) 114
5.2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡基本學習算法 116
5.2.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡進行系統(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)的特點及優(yōu)點 123
5.3.3 專家系統(tǒng)的結構 124
5.3.4 專家控制系統(tǒng)的控制要求與設計原則 124
5.3.5 專家控制系統(tǒng)的結構與原理 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 130
習題與思考題 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 電力電子器件及驅動電路 160
本章小結 165
習題與思考題 166
第七章 焊接自動化中的DSP控制技術 167
7.1 DSP發(fā)展簡介 167
7.2 單片機與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主要模塊設置 173
7.5 定時雑滕作 177
7.5.1 定時器內部寄存器簡介 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模塊的設置 180
7.7 A/D模塊的設置 182
7.8 仿真工具和開發(fā)環(huán)境 183
7.8.1 標準的開發(fā)環(huán)境 183
7.8.2 基于MATLAB的DSP調試環(huán)境 184
7.9 基于DSP的數(shù)字化焊接電源設計 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)軟件設計 187
本章小結 190
習題與思考題 190
第八章 焊接自動化中的現(xiàn)場總線技術 192
8.1 工業(yè)控制系統(tǒng)拓撲結構的發(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)基本結構 194
8.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點 195
8.4 現(xiàn)場總線控制技術在焊接中的作用 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 199
8.6.2 CAN總線結構 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)設計架構 210
8.8.3 網(wǎng)絡搭建 211
8.8.4 焊機群控系統(tǒng)主要功能 211
本章小結 215
習題與思考題 215
第九章 焊接自動化中的數(shù)據(jù)處理技術 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 標度變換 223
9.3 報警處理 226
9.4 結果數(shù)據(jù)的整理方法 226
9.5 工業(yè)控制數(shù)據(jù)庫技術 229
9.5.1 工業(yè)控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構 230
9.5.2 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)預處理技術 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 234
9.6.1 組態(tài)軟件實時數(shù)據(jù)庫基礎知識 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 242
習題與思考題 243
第十章 機器人控制技術基礎 244
10.1 焊接機器人系統(tǒng) 244
10.1.1 焊接機器人系統(tǒng)的組成 244
10.1.2 工業(yè)機器人的分類 245
10.1.3 焊接機器人的結構形式 246
10.1.4 機器人驅動系統(tǒng) 249
10.2 簡易焊接機器人工作站 249
10.2.1 簡易弧焊機器人工作站 249
10.2.2 簡易點焊機器人工作站 250
10.3 機器人運動學 250
10.3.1 運動學基礎 251
10.3.2 機器人的正逆運動學 255
10.3.3 機器人運動學的解 255
10.4 機器人編程 256
10.4.1 機器人在線編程 256
10.4.2 機器人離線編程技術 258
10.4.3 焊接機器人編程 259
本章小結 262
習題與思考題 262
參考文獻 263
附錄 拉普拉斯變換及z變換簡表 265