目录

前言

第一章 绪论 1

1.1 发展焊接自动化的意义 1

1.2 焊接自动化概念 2

1.3 焊接过程被控对象 2

1.4 反馈控制系统的组成 3

1.5 自动控制系统的分类及要求 4

1.6 控制系统数学模型 8

1.6.1 系统数学模型的分类 8

1.6.2 建立系统数学模型的基本方法 8

1.6.3 系统微分方程模型的建立 9

1.6.4 线性连续系统传递函数的建立 11

1.6.5 控制系统典型环节传递函数 12

1.6.6 焊接电弧环节传递函数的建立 14

1.7 系统综合与校正问题 20

1.7.1 控制性能指标 20

1.7.2 系统设计的步骤 21

1.7.3 系统校正设计及方案 21

1.7.4 常用的模拟电路校正网络 24

1.7.5 数字校正的优势 26

本章小结 27

习题与思考题 28

第二章 焊接计算机控制系统设计基础 31

2.1 计算机控制系统的基本组成 31

2.2 过程通道 32

2.2.1 模拟量输入通道 32

2.2.2 模拟量输出通道 33

2.2.3 开关量输入通道 34

2.2.4 开关量输出通道 34

2.3 离散采样 34

2.4 脉冲传递函数 37

2.4.1 脉冲传递函数定义 37

2.4.2 串联环节的脉冲传递函数 38

2.5 线性离散系统的脉冲传递函数 41

2.6 线性离散系统的稳定性 43

2.6.1 s平面到z平面的映射关系 44

2.6.2 劳斯稳定判据 44

2.7 线性离散系统的时域分析 46

2.7.1 极点在z平面的分布与暂态响应 46

2.7.2 线性离散系统的稳态误差 48

本章小结 49

习题与思考题 49

第三章 数字控制器连续化设计方法 51

3.1 数字控制器的连续化设计步骤 51

3.2 模拟调节器的离散化方法 52

3.3 PID算法的数字实现 55

3.3.1 模拟PID调节器 56

3.3.2 PID算法的数字实现 59

3.4 几种改进的PID控制算法 62

3.4.1 对积分项的改进 62

3.4.2 对微分项的改进 66

3.4.3 其他改进的PID控制算法 69

3.5 PID控制器的参数整定 73

本章小结 76

习题与思考题 77

第四章 数字控制器离散化设计方法 78

4.1 数字控制器的离散化设计步骤 78

4.2 数字控制器的频域设计法 79

4.2.1 w变换 80

4.2.2 数字控制器的频域法——w变换法设计步骤 81

4.3 串联校正器的设计 82

4.3.1 滞后与超前校正器结构与特性 82

4.3.2 串联相位滞后校正器的w变换法设计 85

4.3.3 串联相位超前校正器的w变换法设计 86

4.4 纯滞后对象的控制算法一大林算法 87

4.4.1 大林算法的设计原则及数字控制器的形式 87

4.4.2 振铃现象的产生及其消除 89

4.4.3 大林算法的设计步骤 92

4.5 数字控制器的程序实现方法 93

4.5.1 数字控制器的直接程序设计法 93

4.5.2 数字控制器的串行程序设计法 94

4.5.3 数字控制器的并行程序设计法 96

本章小结 97

习题与思考题 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 模糊控制的特点 99

5.1.3 模糊控制的设计原理 100

5.1.4 模糊控制器的基本结构及设计 101

5.1.5 模糊控制在焊接中应用示例 103

5.2 人工神经网络控制 109

5.2.1 人工神经网络原理 109

5.2.2 人工神经网络的基本数学模型 110

5.2.3 常见神经元响应函数 114

5.2.4 神经网络基本学习算法 116

5.2.5 人工神经网络进行系统建模 118

5.3 专家控制系统 122

5.3.1 专家控制系统概述 122

5.3.2 专家系统的特点及优点 123

5.3.3 专家系统的结构 124

5.3.4 专家控制系统的控制要求与设计原则 124

5.3.5 专家控制系统的结构与原理 125

5.3.6 专家控制的分类 127

5.3.7 高频焊螺旋翅片管焊接过程实时专家控制示例 128

本章小结 130

习题与思考题 131

第六章 焊接自动化中的传感器与执行元件 132

6.1 传感器概述 132

6.1.1 传感器的概念及分类 132

6.1.2 传感器的选用原则 132

6.1.3 测量误差的分类 133

6.2 焊接过程中的传感器 134

6.2.1 温度传感器 134

6.2.2 压力传感器 136

6.2.3 位移传感器 137

6.2.4 速度传感器 138

6.2.5 电流/电压传感器 140

6.2.6 焊接过程的视觉传感 141

6.3 焊接自动化中的执行元件 143

6.3.1 电动执行元件 143

6.3.2 气动执行元件 151

6.3.3 液压执行元件 154

6.3.4 电磁阀执行元件 156

6.3.5 电力电子器件及驱动电路 160

本章小结 165

习题与思考题 166

第七章 焊接自动化中的DSP控制技术 167

7.1 DSP发展简介 167

7.2 单片机与DSP比较 168

7.3 TMS320F28335芯片的主要特性 168

7.4 ePWM的模块及其应用 170

7.4.1 SPWM产生原理 170

7.4.2 ePWM模块简介 172

7.4.3 ePWM主要模块设置 173

7.5 定时雑滕作 177

7.5.1 定时器内部寄存器简介 177

7.5.2 计数器计数 177

7.5.3 定时器时钟周期 177

7.5.4 看门狗的使用 178

7.6 Dead-Band模块的设置 180

7.7 A/D模块的设置 182

7.8 仿真工具和开发环境 183

7.8.1 标准的开发环境 183

7.8.2 基于MATLAB的DSP调试环境 184

7.9 基于DSP的数字化焊接电源设计 186

7.9.1 问题的提出 186

7.9.2 硬件系统的组成 187

7.9.3 控制系统软件设计 187

本章小结 190

习题与思考题 190

第八章 焊接自动化中的现场总线技术 192

8.1 工业控制系统拓扑结构的发展阶段 192

8.1.1 模拟仪表控制系统 192

8.1.2 集中式数字控制系统 192

8.1.3 集散控制系统 193

8.1.4 现场总线控制系统 193

8.2 现场总线控制系统基本结构 194

8.3 现场总线控制系统的特点 195

8.4 现场总线控制技术在焊接中的作用 196

8.5 主流现场总线简介 196

8.6 CAN现场总线 198

8.6.1 CAN总线特点 199

8.6.2 CAN总线结构 199

8.6.3 CAN总线协议 201

8.7 TMS320F28335上CAN模块简介 207

8.7.1 CAN时钟模块 208

8.7.2 邮箱初始化设置程序 208

8.7.3 消息发送和接收程序 209

8.8 “互联网+”背景下的焊接管理和控制系统的案例 210

8.8.1 系统工作原理 210

8.8.2 系统设计架构 210

8.8.3 网络搭建 211

8.8.4 焊机群控系统主要功能 211

本章小结 215

习题与思考题 215

第九章 焊接自动化中的数据处理技术 217

9.1 传感环节的数据滤波 217

9.1.1 模拟滤波 217

9.1.2 数字滤波 221

9.2 标度变换 223

9.3 报警处理 226

9.4 结果数据的整理方法 226

9.5 工业控制数据库技术 229

9.5.1 工业控制数据库系统结构 230

9.5.2 数据库数据预处理技术 231

9.5.3 实时数据库 231

9.5.4 报警数据库 233

9.5.5 历史数据库 233

9.5.6 安全信息数据库 234

9.6 基于组态软件的实时数据库技术 234

9.6.1 组态软件实时数据库基础知识 234

9.6.2 MCGS组态软件实时数据库的建立 236

本章小结 242

习题与思考题 243

第十章 机器人控制技术基础 244

10.1 焊接机器人系统 244

10.1.1 焊接机器人系统的组成 244

10.1.2 工业机器人的分类 245

10.1.3 焊接机器人的结构形式 246

10.1.4 机器人驱动系统 249

10.2 简易焊接机器人工作站 249

10.2.1 简易弧焊机器人工作站 249

10.2.2 简易点焊机器人工作站 250

10.3 机器人运动学 250

10.3.1 运动学基础 251

10.3.2 机器人的正逆运动学 255

10.3.3 机器人运动学的解 255

10.4 机器人编程 256

10.4.1 机器人在线编程 256

10.4.2 机器人离线编程技术 258

10.4.3 焊接机器人编程 259

本章小结 262

习题与思考题 262

参考文献 263

附录 拉普拉斯变换及z变换简表 265