TIG焊逆变电源PID控制器的设计与仿真开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

近年来,我国的装备制造业取得了飞速的发展,在生产制造过程中涉及许多项关键技术,其中焊接技术属于其中之一。随着科学技术的发展,许多技术也在不断更新进步,但在工业制造的过程中始终离不开焊接技术。tig焊作为一种广泛应用的焊接技术,具有电弧和熔池可见性好,操作方便;没有熔渣或很少熔渣等优点。

逆变弧焊电源就是一种适合当前生产过程的焊接电源,逆变弧焊电源体积小、质量轻、高效节能,生产应用日益广泛,但是焊接过程是一个动态过程, 具有复杂性、非线性、时变性和不确定性的特点,焊接过程中存在着多种影响因素 , 都会使系统偏离平衡点,因此电源的外特性会产生较大的波动,如果系统具有快速自动返回平衡点的能力, 则电弧能维持稳定燃烧。弧焊电源的外特性形状不仅影响着“电源—电弧”系统和焊接规范的稳定性,还关系到电源的引弧性能、熔滴过渡和使用安全性[1]。因此,如何设计能满足外特性要求的弧焊电源,是一个很重要的课题,所以我们需要用控制器来调控逆变弧焊电源外特性,控制器有pi控制器、pid控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。其中pid控制器作为在工业生产中应用最广泛的控制器之一,具有良好的性能。

pid控制器控制精髓便是设置调整好其pid参数,来满足预先设定好的各种控制性能,选择pid控制器作为逆变弧焊电源的控制器,是非常符合当前工业生产的现状,随着智能控制器的发展,智能pid控制技术将不断更新不断完善,但是pid控制器仍会作为重要元件发挥它的独有的作用,仍然不会被淘汰,控制理论领域中的专家阿思特罗姆曾经提出, 控制工程在将来一段时间内将会继续产生并发挥其应有的作用,不论精度多高的控制器均不能离开控制器这一基础单元。我国吴宏鑫学者提出一种“特征建模”理论,该理论将pid控制器体现出的应用理论基础进行了有效的证实,并且证明其具有其他控制器无法替代的优势。它将成为复杂系统智能控制中最基本的子控制单元[3]。选择pid控制器非常的适合我们当前的生产状况,并且具有着深入研究的意义,在未来的发展中发挥着重要的作用。在理论研究方面,特别是在应用方面,中外差距明显。日本,欧洲和美国不仅处于理论研究的前沿,而且还成功应用了横河电机,富士电机等产品,模糊逻辑和标准pid控制相结合来抑制超调,成功实现[3]。如今随着技术的发展智能pid控制器主要有三大类别,第一种为:基于专家系统的智能pid控制器;第二种为:基于模糊逻辑的智能pid控制器;第三种为:基于神经网络的智能pid控制器。然而,在中国有更多的重复研究,较少的创新研究和较少的工程应用,特别是运行时间长的智能pid控制器可以说很少,现在我们将pid控制器与逆变弧焊电源相结合的同时,运用matlab来进行仿真是具有一定的意义。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容:

对 tig 焊而言,通常在焊接电流规范内,氩弧只包含电弧的负阻特性和水平特性两个区域,为了满足焊接电源和电弧组成的系统稳定性要求,tig 焊机需要具有恒流外特性。电弧稳定控制存在着一系列模糊特征,用经典的控制理论很难建立一个恰当的数学模型[5]。针对传统pid控制存在着参数整定难、动态性能差等问题,然而传统的pid控制的缺点也是显而易见的,尤其是实际应用中,存在着负载突加突卸时,其超调过大、调节时间过长等情况,容易引发许多不良后果。同时,对于pid参数的整定,传统做法是先分析得到对象的数学模型,再选择某一整定原则来确定具体参数。这在应用中,面对被控过程复杂且具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等情况时,显得举步维艰[2]。我们最终选择效果较好的模糊自适应pid控制器作为智能控制,按照设计所需要经历的步骤总结后可分为五点:

1.文献调研,了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系;

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-6周:熟悉pid控制器的相关知识和设计方法,设计pid控制器。

第7-8周:学习并掌握matlab/simulink仿真。

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4. 参考文献(12篇以上)

  1. 姜幼卿.tig逆变电源外特性的模糊自适应pid控制系统研究.2000,6.

  2. 苏兴华.基于模糊控制理论的pid控制器设计.2019,2-1.

  3. 樊大勇.pid控制方法的研究现状及应用展望.2019,1-1.

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