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基于光电传感器的智能焊缝跟踪系统的研究

作　者: 廖家平
导　师: 张晨曙
学　校: 南昌航空大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 光电传感器焊缝跟踪单片机模糊-PID控制
分类号: TG409
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

焊接自动化具有提高生产效率,优化产品质量和改善劳动条件等优点,能够大力促进制造业经济的发展,而焊缝跟踪技术是实现焊接自动化的必要技术,因此,发展焊缝跟踪技术具有重要意义。本文研制的光电传感器式焊缝自动跟踪系统有三个主要部分组成,即光电传感器,控制系统和执行机构三个主要部分。控制系统是基于MSC-51的单片机系统,跟踪执行机构系统由焊接小车和双十字滑架组成。对于常态表面状态和打磨表面状态下的工件,系统针对性地采用两种不同的信号采集和处理方法:对于表面常态下的工件,采用了加权比较的信号处理方法;对于表面打磨的工件,采用了另一种信号处理方法——信号差值比较的方法。因此,这两种方法的综合使用可以有效地提高传感器的准确性和适应性。在分析前人实验经验的基础上,本系统的执行机构采用的是小车配合双十字滑架的模式。系统经过理论分析,建立了相应的数学模型,并在此基础上设计了符合系统要求的模糊-PID控制系统。模糊-PID控制系统采用开关切换控制的方式,在大误差范围内采用PID控制,在小误差范围内则转换成模糊控制,两者的转换由微机程序根据事先给定的误差范围自动选择切换。仿真研究表明,该模型不仅简单可靠,而且跟踪精度高。相关的焊接实验与仿真表明,光电传感器式焊缝自动跟踪系统总体上达到了设计要求,具有深入开发的潜力。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-20
  1.1 选题依据及课题意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-19
    1.2.1 焊缝自动跟踪技术概述  10
    1.2.2 焊缝跟踪传感器的发展状况  10-13
    1.2.3 焊缝自动跟踪中控制理论发展概况  13-18
    1.2.4 焊缝跟踪伺服系统和执行机构  18-19
  1.3 本文研究的主要内容  19-20
第二章光电传感器的设计  20-34
  2.1 光电传感器的组成和原理  20-24
    2.1.1 光电传感器的元件组成  20-21
    2.1.2 光电传感器的电路设计  21-22
    2.1.3 传感器元件的选择和工作特性  22
    2.1.4 光电传感器的工作原理  22-24
  2.2 影响光电传感器工作的因素  24-31
    2.2.1 传感器高度实验  24-25
    2.2.2 工件表面状况影响实验  25-26
    2.2.3 人工辅助线影响实验  26-27
    2.2.4 弧光影响实验  27-28
    2.2.5 白线偏移实验及数据处理  28-31
  2.3 工件表面打磨状态下传感器信号采集实验  31-33
  2.4 本章小节  33-34
第三章硬件选择及系统整体组成  34-43
  3.1 焊接小车和执行机构  35-39
    3.1.1 焊接小车  35
    3.1.2 执行机构  35-37
    3.1.3 十字滑架步进电机驱动控制电路  37-39
  3.2 MSC-51 单片机系统  39-42
    3.2.1 单片机的P 口分配  40
    3.2.2 单片机存储空间分配  40-42
  3.3 本章小结  42-43
第四章焊缝跟踪控制系统  43-62
  4.1 数学模型的建立  43-46
    4.1.1 控制原理  43-44
    4.1.2 数学模型  44-46
  4.2 控制器的设计  46-57
    4.2.1 Fuzzy-PID 复合控制器  47-49
    4.2.2 PID 控制部分  49-50
    4.2.3 模糊控制器的设计  50-57
  4.3 仿真与分析  57-61
  4.4 本章小节  61-62
第五章结论和分析  62-64
  5.1 光电传感器式焊缝自动跟踪系统的研究结论  62
  5.2 进一步研究的建议  62-64
参考文献  64-69
攻读硕士学位期间已公开发表的论文  69-70
致谢  70-71

基于光电传感器的智能焊缝跟踪系统的研究

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