复合FUZZY-PID焊缝跟踪控制算法

本文设计了一种用于水下焊接机器人焊缝跟踪的复合FUZZY-PID控制器,采用模糊控制和PID并联的控制模式,在大的误差范围内采用FUZZY-PID控制,进行快速响应调整,在小的误差范围内采用传统线性PID控制进行小偏差的调整.两种控制模式采用基于阈值的切换方法,当焊缝偏差小于2mm时,采用PID控制,当偏差大于2mm时,采用模糊PID控制.通过试验可以看出,这种复合模糊PID控制器动态响应快,超调量小,稳态精度高,能够满足焊缝跟踪的要求.     

基于模糊PID的粘度仪恒温系统实现

恒温控制系统是粘度仪最重要的部分之一,粘度对于温度变化较为敏感,温度精度要求严格.传统的PID控制技术在温控系统应用广泛,难以达到高精度要求,对于参数比较敏感,为此本文引入模糊控制理论,设计一个PID控制与模糊控制结合的智能温度控制器,利用AVR单片机的PWM波形输出实现恒温控制.当温度误差较大时,采用积分分离PD控制,实现快速升温;当温度误差进入设定的误差阀值内,采用模糊PID控制算法稳态控制,减小超调量.实践证明该控制方法,具有响应快、超调量小、稳定性较好等特点,优于传统控制方法.     

多相永磁同步电动机的Fuzzy-PI双模控制研究

本文对比研究了速度环采用模糊控制和PI控制的永磁同步电机的多相PMSM磁场定向控制.从仿真结果可以看出,模糊控制的速度响应有明显的稳态误差,而PI控制容易产生超调和振荡.为此,本文提出了速度环采用Fuzzy-PI双模的控制方法,这种方法减少了稳态误差和振荡现象,使多相PMSM运行性能得到了极大的改善.     

基于PLC的金刚石烧结体温度控制系统

以可编程控制器PLC为核心,形成纯滞后一阶闭环温度自动监控系统.在加热阶段采用模糊控制算法进行升温控制.保温阶段,采用PI算法实现恒温控制.即采用模糊控制和PI控制相结合办法,达到金刚石烧结体温度稳定控制的目的.结果表明该系统稳定误差不超过0.5%,超调量为1%.具有响应速度快,稳定时间短,控制精度高等特点,具有推广应用价值.     

基于改进模糊PI控制的双有源桥DC-DC变换器

在直流微电网中,针对直流负载扰动的过程会造成直流电压动态响应速度缓慢;同时,负荷投切时会引起直流电压超调量大的问题。采用改进模糊PI控制,并将其应用在直流微电网中储能单元的双有源桥DC-DC变换器。首先,在现有模糊PI控制中加入预处理环节,该环节对直流电压的误差大小进行及时判断与跟踪,使直流母线电压迅速达到参考值,提高了直流电压的动态响应速度;其次,分析了现有模糊PI控制算法的规则表对参数调节过程中存在精确度不足的规则,对其进行修改得到改进模糊PI控制的规则表,以减小直流电压的超调量;最后,对所提的改进模糊PI控制进行仿真对比验证。仿真结果表明:对现有的PI控制器和模糊PI控制器而言,改进的模糊PI控制器在稳态响应速度、超调量以及抗干扰性能上得到显著提高,提高了直流母线电压质量。     

基于PWM的相变热管温度分段控制系统设计

针对卫星热控制中常用的相变热管材料,设计了一个大干扰下的温度控制系统,以获得相变热管在恒温条件下的热性能参数。控制策略是将棒棒控制、模糊控制与仿人智能控制相结合,以PWM方式控制高速开关阀通断时间以控制冷却液流量大小,实现了大干扰下温度的多模式分段精确控制。提出了两点创新:将基本模糊控制改为增量式模糊控制,把误差变化率作为仿人控制的一个控制对象。实验结果表明,整个温度控制系统具有响应速度快、超调量小、调整时间短等优点,稳态误差小于0.15℃,满足实际要求。     

连续搅拌反应釜的固定时间命令滤波跟踪控制

针对一类连续搅拌反应釜系统的跟踪控制问题,提出一种基于反步法和模糊逻辑系统的自适应固定时间命令滤波控制方法.利用命令滤波器引入误差补偿机制消除滤波误差的影响,并解决反步法虚拟控制信号重复求导的问题;采用模糊逻辑系统对系统中存在的非线性部分进行逼近;利用固定时间控制方法使系统跟踪误差更迅速收敛至较小邻域内,且收敛时间不依赖系统初始状态;通过Lyapunov定理证明连续搅拌反应釜系统的闭环稳定性;利用Matlab/Simulink仿真实验验证所提出控制方法的有效性.与现有控制方法相比,该控制方法具有控制器结构简单、收敛速度快、控制精度高、无超调等优点.     

采样率对PMSM的SMC控制性能影响研究

针对永磁同步电机(PMSM)速度环比例积分(PI)控制算法在变工况时的不足,提出一种分数阶双幂次快速趋近率滑模控制算法,并研究不同采样率对永磁同步电机的滑模控制(SMC)性能影响。对最小相位系统进行采样率的理论分析,通过多阶线性矩阵不等式可以得到最佳采样周期,理论分析了新型趋近率的可达性和存在性。搭建仿真模型,验证其能有效改善变工况时超调量大、过渡时间长等不足。试验结果表明,针对响应时间、超调量等性能有相对最优的采样率,证明了误差估计稳定收敛的最佳采用周期存在。该研究适用于工程应用。     

同步电机速度控制系统的计算机仿真实验综述

为了更好地研究模糊PID控制在电机速度控制中的应用,利用MATLAB仿真软件建立了一个仿真模型。并通过分别执行P控制、PI控制、PID控制和模糊PID控制,得到了四种控制下的电机运行状态。通过对仿真结果的比较,可以看出:在PID控制器中,比例部分的作用是使系统输出趋向设定值;积分部分的作用是改善系统稳态时的性能,降低稳态误差;而微分部分的作用则体现在超调量的减小上。模糊控制又能使系统的性能总体上得到改善。     

基于模糊控制的电弧焊接焊缝跟踪技术研究

针对V型坡口焊缝,采用摆动扫描式电弧传感器,研制了基于模糊控制的焊缝跟踪系统.主要介绍了焊缝跟踪系统的组成,完成了模糊控制器算法的设计,离线完成模糊控制查询表.在焊接过程中,系统采用ARM微处理器实现焊缝跟踪的查表工作,从而实现焊接时焊缝的精确跟踪,使焊枪对中焊缝.该系统无需建立被控对象的精确数学模型,改善了伺服驱动系统的动静态特性,提高了焊缝跟踪的精度.     

基于宏微机器人的焊缝跟踪研究

提出了一种基于宏微运动机器人的焊缝跟踪方法．首先,通过若干点的简单示教获得焊缝位置信息,并通过拟合建立焊缝模型．在该模型的基础上,对机器人的宏动进行运动规划．采用激光结构光视觉测量焊缝坐标,并根据焊缝图像偏差控制机器人的微动．结合机器人的宏动规划运动和微动自动调整,实现大范围、高精度的焊缝跟踪．利用宏微运动平台进行了焊缝跟踪实验,实验结果验证了所提出方法的有效性．     

卡尔曼滤波焊缝跟踪控制

在视觉传感的电弧自动焊接过程中,需要根据视觉信息来控制电弧准确地跟踪焊缝.由于强烈的弧光干扰,使得从焊接区图像中直接提取电弧与焊缝的偏差信息十分困难.为此提出一种利用熔池图像质心和卡尔曼滤波来间接获取电弧与焊缝偏差的方法.选择熔池图像质心作为状态向量,建立基于图像质心的状态方程和焊缝位置测量方程.利用卡尔曼滤波消除过程噪声和测量噪声的影响,通过对熔池图像质心的状态估计,准确获取焊缝位置以及电弧与焊缝之间的偏差量,为自动焊接过程的焊缝跟踪控制提供准确信息.焊接试验结果表明,利用卡尔曼滤波方法可有效降低过程噪声和测量噪声的影响,从而提高焊缝跟踪控制精度.     

经济型焊缝跟踪视觉传感器的研制

利用普通的焊接护目镜玻璃制作了熔池图像视觉传感器,在304#不锈钢等离子弧焊缝跟踪试验中获得的图像是足够清晰的,能够清楚地看到接缝和焊接熔池.在工厂车间里进行的试验证明:这种低成本的视觉传感器可以用于304#不锈钢的等离子弧焊接过程的实时焊缝跟踪和控制.     

双队列控制的激光视觉焊缝跟踪系统研究

设计与实现了一套激光视觉引导的焊缝自动跟踪系统,包括系统的整体硬件构成和关键算法。在工业机器人末端安装激光视觉传感器构成焊缝跟踪系统的硬件部分。采用小波变换滤除焊缝图像噪声,采用改进的Steger算法和Hough变换方法提取激光条纹中心直线,进一步提取出焊缝位置。提出一种双队列控制策略,在采集的焊缝特征点的基础上进一步插值,从而实现激光视觉引导的焊缝自动与平滑跟踪。实验结果表明,该系统具有较好的跟踪精度,能满足工业实际需求。     

无刷直流电机的模糊神经网络控制设计

在无刷直流电机(BLDCM)的控制上,传统PID等控制方法存在或多或少的不足.在模糊PID控制的基础上提出了一种模糊神经网络PI控制器的设计方法.该方法结合了模糊逻辑与神经网络,使得模糊控制器模拟了人的控制功能,不仅对环境变化有较强的适应能力,还拥有自学习能力.相比模糊PID控制,其具有计算量小、稳定性强等特点.对BLDCM进行建模与分析;在BLDCM数学模型的基础上,分别设计模糊PID控制器和模糊神经网络PI控制器;对设计的控制器进行仿真验证并分析.实验结果表明,模糊神经网络PI控制具有跟踪性能好、超调小、响应快、脉动小等优点,其动静态特性均优于模糊PID控制.     

Computer vision technology for seam tracking in robotic GTAW and GMAW

Due to ever increasing demand in precision in robotic welding automation and its inherent technical difficulties, seam tracking has become the research hotspot. This paper introduces the research in application of computer vision technology for real-time seam tracking in robotic gas tungsten arc welding (GTAW) and gas metal arc welding (GMAW). The key aspect in using vision techniques to track welding seams is to acquire clear real-time weld images and to process them accurately. This is directly related to the precision of seam tracking. In order to further improve the accuracy of seam tracking, in this paper, a set of special vision system has been designed firstly, which can acquire clear and steady real-time weld images. By analyzing the features of weld images, a new and improved edge detection algorithm was proposed to detect the edges in weld images, and more accurately extract the seam and pool characteristic parameters. The image processing precision was verified through the experiments. Results showed that the precision of this vision based tracking technology can be controlled to be within ±0.17 mm and ±0.3 mm in robotic GTAW and GMAW, respectively.     

基于视觉与电弧多信息传感的焊缝跟踪算法

随着焊接传感技术以及信号处理技术的快速发展,人们越来越注重对焊接过程质量控制的研究,而多传感器信息融合技术是焊接质量控制的一种重要的方法,采用该技术实现熔化极气体保护焊(MIG)脉冲焊接质量的自动控制。该技术采用了视觉传感器和电弧传感器将采集的不同的描述信息进行了有效的特征提取和传输,并运用多传感器信息融合算法进行焊缝的跟踪。视觉传感器利用工业电荷耦合元件(CCD)获取图像信息控制焊炬的横向偏差信息,电弧传感器利用数据采集卡获取电流信息控制焊炬的高度互补偏差信息和横向的冗余信息,将两种传感器得到的冗余信息和互补信息在特征层下进行融合实现焊接过程横向和高度的纠偏控制。冗余信息的融合可以实现视觉传感的图像去噪,而互补信息的融合可以进一步提高焊缝跟踪的精度。实验结果表明,所提算法能够较好地提高焊接的质量,从而也验证了算法的有效性和合理性。     

基于粗定位与组件树的MAG焊图像熔池边缘提取算法

为了得到清晰、可靠的熔池边缘, 提出了一种新的基于组件树模型的MAG焊图像熔池边缘提取算法。对获取的焊缝区域图像, 使用区域粗定位方法获得关注的熔池区域, 输出标准的梯度级图像后, 使用组件树模型提取出熔池边缘。实验证明, 借助该模型不仅能够实现MAG焊图像熔池边缘提取, 并且与Sobel变换等方法相比, 有效提高了熔池边缘提取的精度。     

On methods for improving performance of PI-type fuzzy logiccontrollers

To improve limitations of fuzzy PI controller especially when applied to high order systems, we propose two types of fuzzy logic controllers that take out appropriate amounts of accumulated control input according to fuzzily described situations in addition to the incremental control input calculated by conventional fuzzy PI controllers. The structures of the proposed controller were motivated by the problems of fuzzy PI controllers that they generally give inevitable overshoot when one tries to reduce rise time of response especially when a system of order higher than one is under consideration. Since the undesirable characteristics of the fuzzy PI controller are caused by integrating operation of the controller, even though the integrator itself is introduced to to overcome steady state error in response, we propose two fuzzy controllers that fuzzily clear out integrated quantities according to situation. The first controller determines the fuzzy resetting rate by situations described fuzzily by error and error rate, and the second one by error and control input. The two structures both give reduced rise time as well as small overshoot     

图像处理技术在焊缝跟踪中的应用

随着焊接过程自动化和智能化的发展,基于图像处理技术的焊缝位置检测和焊接缺陷检测过程越来越受到国内外学者的重视.本文对焊缝自动跟踪系统中有关图像处理方面的研究内容作了一些介绍,详细分析了图像处理技术在焊缝跟踪过程中的应用,其中包括图像预处理,图像分割,边缘检测和特征点提取等图像处理过程,总结了一些传统和新型的图像处理算法,并讨论了各自的优缺点.