作者：深圳大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院（518060） 王建萍 來 源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

微機模糊控制在ｔｉｇ逆變電源中的應(yīng)用

摘 要： 在tig焊逆變電源的實時檢測電弧電流控制系統(tǒng)中建立電弧電流模糊控制算法。采用雙輸入單輸出的模糊控制器模型，即采用電弧電流的變化及其變化率作為模糊控制器的兩個輸入量，把調(diào)節(jié)移相式pwm脈寬的輸入電壓作為模糊控制器的輸出量。給出了單片機模糊控制的總體框圖，并詳細(xì)介紹了對應(yīng)模糊控制器的設(shè)計過程。

關(guān)鍵詞： 模糊控制 單片機 電弧電流 tig逆變電源

采用tig焊接方法焊接薄壁結(jié)構(gòu)時，人們最關(guān)注的是焊接電源的引弧性能和電弧穩(wěn)定性。然而，由于存在著各種因素的影響，如：電弧長度、工作平面不平、氣體介質(zhì)的壓力、氣體流量的變化、焊槍相對焊縫表面距離的變化及供電網(wǎng)電壓波動等，都會使系統(tǒng)偏離平衡點。如果系統(tǒng)具有快速自動返回平衡點的能力，則電弧可維持穩(wěn)定燃燒，這里，控制系統(tǒng)是弧焊逆變電源的核心，是影響其工作穩(wěn)定性和可靠性的重要方面。

針對焊接過程具有非線性、時變形和不確定性，電弧穩(wěn)定控制存在一系列模糊特征。故使用應(yīng)用前景十分廣泛的模糊控制理論，再配以單片微機控制系統(tǒng)對tig焊接的電弧電流實行穩(wěn)定控制，結(jié)果表明：具有控制精度高，電弧燃燒穩(wěn)定，對焊接參數(shù)變化適應(yīng)性強的特點。

１ 電弧電流的模糊控制系統(tǒng)組成

tig焊機的模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計思想是：實現(xiàn)逆變電源的恒流外特性，即用于檢測電弧電流的霍爾傳感器實時地把電流轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電壓，該電壓經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后送微機，與事先給定的電流值進行比較。cpu根據(jù)其偏差和偏差率，運行固化在eprom中的模糊控制程序，由d/a輸出控制信號給移相式ｐｗｍ，移相控制電路不斷地調(diào)整逆變電源中兩橋臂功率開關(guān)器件igbt移相角的大小，確定功率開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，改變輸出電壓的大小，從而實現(xiàn)對輸出電流的控制。

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。以高速單片機80c51fa作為系統(tǒng)的核心，外配81c55作擴展接口，實現(xiàn)與鍵盤的通訊，通過鍵盤設(shè)定焊接方式、焊接功能及各種焊接參數(shù)指標(biāo)，采用ds80c320作d/a片，其輸出經(jīng)ua741放大器，放大器的功效是用來調(diào)整電壓以滿足pwm輸入（1.7～5.2v）的范圍，移相式pwm采用uc3875，用來調(diào)整igbt的導(dǎo)通脈寬，pwm控制器內(nèi)部設(shè)有電路保護措施，為保證pwm高頻（20khz）開關(guān)控制信號可靠地傳輸，采用高速光耦合器tlp559，其開關(guān)速度可達(dá)1mhz，這樣有利于將強電與弱電隔離，同時，為保證信號有足夠大的驅(qū)動能力，采用74ch4050作同相驅(qū)動器，由于霍爾元件本身已經(jīng)實現(xiàn)強電和弱電的隔離，故在信號輸入時不必加隔離器，a/d片采用ad574a，具有高速轉(zhuǎn)換速度，at24c01作 ，用以記憶鍵盤輸入的各種參數(shù)，內(nèi)存由單片機和81c55的內(nèi)存協(xié)調(diào)解決，lcd液晶顯示器采用菜單和圖形兩種方式，顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)和焊接順序、指標(biāo)參數(shù)等，用acm-24064a芯片來完成，采用32k的eprom27c256和imp815l作μp電源監(jiān)視及運行管理，動作開關(guān)服務(wù)于起弧和收弧。

２ 模糊控制器設(shè)計

本系統(tǒng)采用典型的兩輸入單輸出的模糊控制器，其結(jié)構(gòu)如圖２所示，主要由三部分組成：精確量的模糊化；模糊推理規(guī)則的構(gòu)成；輸出信息的模糊決策。

2.1 語言變量的確定

2.1.1 模糊控制器的輸入輸出定義

模糊控制器輸入定義為：；式中e為電弧電流的偏差；ec為其偏差的變化率；ig為電弧電流給定值；if為電弧電流采樣值;e(n)為nt時刻誤差；e(n-1)為（n-1)t時刻誤差；t為采樣周期。

模糊控制器的輸出定義為：調(diào)節(jié)移相式pwm的脈沖寬度所對應(yīng)的電壓校正量δu。

有了上述的定義，則輸入語言變量定為e和ec，輸出語言變量為u。

2.1.2 量化因子ke、kec和比例因子ku的選擇

根據(jù)本系統(tǒng)的特點和實際操作經(jīng)驗，語言變量e、ec和u的基本論域選擇為：

三個語言變量e、ec和u的論域均設(shè)為[-6,6]，由此可得到對應(yīng)的量化因子和比例