【摘 要】
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焊接过程中存在的大量非线性、时变、大滞后和强耦合的问题,经典控制理论和现代控制理论不再适用,而采用模糊控制可以达到理想的控制目的.但目前实现模糊控制的方法多采用软
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焊接过程中存在的大量非线性、时变、大滞后和强耦合的问题,经典控制理论和现代控制理论不再适用,而采用模糊控制可以达到理想的控制目的.但目前实现模糊控制的方法多采用软件的方式,存在实时性差、离线设计时间长、适用性差、控制效果不明显的缺点,而专用模糊控制芯片虽然能有效解决上述问题,但由于价格太高,得不到普及.因此,该文采用FPGA来实现模糊控制算法,设计出的焊接模糊控制芯片,可以扬以上二者之长而避其短,并且能运用到各种焊接控制场合,达到更优的控制目的.该文在分析各种常用的模糊控制算法的基础上,选择以Mamdani算法为模型,用自顶向下的设计流程和用硬件描述语言的方法完成了基于FPGA的二输入一输出模糊控制芯片的设计.芯片包括隶属度函数和知识库存储模块、模糊化模块、模糊推理模块、去模糊模块以及焊接过程控制中常用的频率计数和时间计数等模块.并且分别在行为级和寄存器级上对各模块进行了功能和时序上的仿真,仿真结果表明该模糊控制芯片能够正确实现模糊控制算法,并且实时性好.另外,根据实验要求还设计了外围接口电路,包括参数输入电路,数据采集电路和控制电路等.通过CO<,2>短路过渡焊主要规范参数控制的工艺实验表明,所设计的焊接模糊控制芯片能够正确采集数据,并且以测得的数据为依据推理运算出控制结果,从而使电弧电压和焊接电流达到合理匹配.对比实验表明控制后的熔滴短路过渡频率比未加控制时明显提高,飞溅减少,焊接过程稳定.该模糊控制芯片可以应用到其它诸如非线性、时变、大滞后和强耦合的焊接控制过程中.
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