本書從經典控制理論出發，介紹自動化焊接的基本理論和工程基礎。全書系統介紹了自動控制系統的基本概念、自動控制系統基本結構、數字控制器的設計、焊接自動控制中常用的傳感器和控制器、現場總線技術以及焊接機器人等知識。
目錄
前言
第一章 緒論 1
1.1 發展焊接自動化的意義 1
1.2 焊接自動化概念 2
1.3 焊接過程被控對象 2
1.4 反饋控制系統的組成 3
1.5 自動控制系統的分類及要求 4
1.6 控制系統數學模型 8
1.6.1 系統數學模型的分類 8
1.6.2 建立系統數學模型的基本方法 8
1.6.3 系統微分方程模型的建立 9
1.6.4 線性連續系統傳遞函數的建立 11
1.6.5 控制系統典型環節傳遞函數 12
1.6.6 焊接電弧環節傳遞函數的建立 14
1.7 系統綜合與校正問題 20
1.7.1 控制性能指標 20
1.7.2 系統設計的步驟 21
1.7.3 系統校正設計及方案 21
1.7.4 常用的模擬電路校正網絡 24
1.7.5 數字校正的優勢 26
本章小結 27
習題與思考題 28
第二章 焊接計算機控制系統設計基礎 31
2.1 計算機控制系統的基本組成 31
2.2 過程通道 32
2.2.1 模擬量輸入通道 32
2.2.2 模擬量輸出通道 33
2.2.3 開關量輸入通道 34
2.2.4 開關量輸出通道 34
2.3 離散采樣 34
2.4 脈沖傳遞函數 37
2.4.1 脈沖傳遞函數定義 37
2.4.2 串聯環節的脈沖傳遞函數 38
2.5 線性離散系統的脈沖傳遞函數 41
2.6 線性離散系統的穩定性 43
2.6.1 s平面到z平面的映射關系 44
2.6.2 勞斯穩定判據 44
2.7 線性離散系統的時域分析 46
2.7.1 極點在z平面的分布與暫態響應 46
2.7.2 線性離散系統的穩態誤差 48
本章小結 49
習題與思考題 49
第三章 數字控制器連續化設計方法 51
3.1 數字控制器的連續化設計步驟 51
3.2 模擬調節器的離散化方法 52
3.3 PID算法的數字實現 55
3.3.1 模擬PID調節器 56
3.3.2 PID算法的數字實現 59
3.4 幾種改進的PID控制算法 62
3.4.1 對積分項的改進 62
3.4.2 對微分項的改進 66
3.4.3 其他改進的PID控制算法 69
3.5 PID控制器的參數整定 73
本章小結 76
習題與思考題 77
第四章 數字控制器離散化設計方法 78
4.1 數字控制器的離散化設計步驟 78
4.2 數字控制器的頻域設計法 79
4.2.1 w變換 80
4.2.2 數字控制器的頻域法——w變換法設計步驟 81
4.3 串聯校正器的設計 82
4.3.1 滯后與超前校正器結構與特性 82
4.3.2 串聯相位滯后校正器的w變換法設計 85
4.3.3 串聯相位超前校正器的w變換法設計 86
4.4 純滯后對象的控制算法一大林算法 87
4.4.1 大林算法的設計原則及數字控制器的形式 87
4.4.2 振鈴現象的產生及其消除 89
4.4.3 大林算法的設計步驟 92
4.5 數字控制器的程序實現方法 93
4.5.1 數字控制器的直接程序設計法 93
4.5.2 數字控制器的串行程序設計法 94
4.5.3 數字控制器的并行程序設計法 96
本章小結 97
習題與思考題 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 模糊控制的特點 99
5.1.3 模糊控制的設計原理 100
5.1.4 模糊控制器的基本結構及設計 101
5.1.5 模糊控制在焊接中應用示例 103
5.2 人工神經網絡控制 109
5.2.1 人工神經網絡原理 109
5.2.2 人工神經網絡的基本數學模型 110
5.2.3 常見神經元響應函數 114
5.2.4 神經網絡基本學習算法 116
5.2.5 人工神經網絡進行系統建模 118
5.3 專家控制系統 122
5.3.1 專家控制系統概述 122
5.3.2 專家系統的特點及優點 123
5.3.3 專家系統的結構 124
5.3.4 專家控制系統的控制要求與設計原則 124
5.3.5 專家控制系統的結構與原理 125
5.3.6 專家控制的分類 127
5.3.7 高頻焊螺旋翅片管焊接過程實時專家控制示例 128
本章小結 130
習題與思考題 131
第六章 焊接自動化中的傳感器與執行元件 132
6.1 傳感器概述 132
6.1.1 傳感器的概念及分類 132
6.1.2 傳感器的選用原則 132
6.1.3 測量誤差的分類 133
6.2 焊接過程中的傳感器 134
6.2.1 溫度傳感器 134
6.2.2 壓力傳感器 136
6.2.3 位移傳感器 137
6.2.4 速度傳感器 138
6.2.5 電流/電壓傳感器 140
6.2.6 焊接過程的視覺傳感 141
6.3 焊接自動化中的執行元件 143
6.3.1 電動執行元件 143
6.3.2 氣動執行元件 151
6.3.3 液壓執行元件 154
6.3.4 電磁閥執行元件 156
6.3.5 電力電子器件及驅動電路 160
本章小結 165
習題與思考題 166
第七章 焊接自動化中的DSP控制技術 167
7.1 DSP發展簡介 167
7.2 單片機與DSP比較 168
7.3 TMS320F28335芯片的主要特性 168
7.4 ePWM的模塊及其應用 170
7.4.1 SPWM產生原理 170
7.4.2 ePWM模塊簡介 172
7.4.3 ePWM主要模塊設置 173
7.5 定時雑滕作 177
7.5.1 定時器內部寄存器簡介 177
7.5.2 計數器計數 177
7.5.3 定時器時鐘周期 177
7.5.4 看門狗的使用 178
7.6 Dead-Band模塊的設置 180
7.7 A/D模塊的設置 182
7.8 仿真工具和開發環境 183
7.8.1 標準的開發環境 183
7.8.2 基于MATLAB的DSP調試環境 184
7.9 基于DSP的數字化焊接電源設計 186
7.9.1 問題的提出 186
7.9.2 硬件系統的組成 187
7.9.3 控制系統軟件設計 187
本章小結 190
習題與思考題 190
第八章 焊接自動化中的現場總線技術 192
8.1 工業控制系統拓撲結構的發展階段 192
8.1.1 模擬儀表控制系統 192
8.1.2 集中式數字控制系統 192
8.1.3 集散控制系統 193
8.1.4 現場總線控制系統 193
8.2 現場總線控制系統基本結構 194
8.3 現場總線控制系統的特點 195
8.4 現場總線控制技術在焊接中的作用 196
8.5 主流現場總線簡介 196
8.6 CAN現場總線 198
8.6.1 CAN總線特點 199
8.6.2 CAN總線結構 199
8.6.3 CAN總線協議 201
8.7 TMS320F28335上CAN模塊簡介 207
8.7.1 CAN時鐘模塊 208
8.7.2 郵箱初始化設置程序 208
8.7.3 消息發送和接收程序 209
8.8 “互聯網+”背景下的焊接管理和控制系統的案例 210
8.8.1 系統工作原理 210
8.8.2 系統設計架構 210
8.8.3 網絡搭建 211
8.8.4 焊機群控系統主要功能 211
本章小結 215
習題與思考題 215
第九章 焊接自動化中的數據處理技術 217
9.1 傳感環節的數據濾波 217
9.1.1 模擬濾波 217
9.1.2 數字濾波 221
9.2 標度變換 223
9.3 報警處理 226
9.4 結果數據的整理方法 226
9.5 工業控制數據庫技術 229
9.5.1 工業控制數據庫系統結構 230
9.5.2 數據庫數據預處理技術 231
9.5.3 實時數據庫 231
9.5.4 報警數據庫 233
9.5.5 歷史數據庫 233
9.5.6 安全信息數據庫 234
9.6 基于組態軟件的實時數據庫技術 234
9.6.1 組態軟件實時數據庫基礎知識 234
9.6.2 MCGS組態軟件實時數據庫的建立 236
本章小結 242
習題與思考題 243
第十章 機器人控制技術基礎 244
10.1 焊接機器人系統 244
10.1.1 焊接機器人系統的組成 244
10.1.2 工業機器人的分類 245
10.1.3 焊接機器人的結構形式 246
10.1.4 機器人驅動系統 249
10.2 簡易焊接機器人工作站 249
10.2.1 簡易弧焊機器人工作站 249
10.2.2 簡易點焊機器人工作站 250
10.3 機器人運動學 250
10.3.1 運動學基礎 251
10.3.2 機器人的正逆運動學 255
10.3.3 機器人運動學的解 255
10.4 機器人編程 256
10.4.1 機器人在線編程 256
10.4.2 機器人離線編程技術 258
10.4.3 焊接機器人編程 259
本章小結 262
習題與思考題 262
參考文獻 263
附錄 拉普拉斯變換及z變換簡表 265
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