專利名稱：基于遺傳算法的自進(jìn)化pid氣電立焊焊接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廚房用品技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣電立焊(英文簡(jiǎn)稱EGW)從20世紀(jì)80年代中期才引進(jìn)中國(guó)。氣電立焊是一種全自動(dòng)控制上升系統(tǒng)配用專門的藥芯焊絲、以C02氣體保護(hù)進(jìn)行立向?qū)雍负附哟怪被蚪咏怪蔽恢玫暮附咏宇^。電弧軸線方向與焊縫熔深方向垂直，焊接時(shí)在焊縫的正面采用水冷銅滑塊，焊縫的背面采用水冷檔排(或襯墊)，藥芯焊絲送入焊件和檔塊形成的凹槽中，熔池四面受到約束，實(shí)現(xiàn)單面焊雙面一次成形，是一種高效焊接技術(shù)及設(shè)備。其焊接質(zhì)量好熔敷速度高、綜合成本低，為這種高效自動(dòng)化焊接技術(shù)及設(shè)備的推廣應(yīng)用提供了廣闊的前
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)氣電立小車的自動(dòng)行走，自動(dòng)控制干身長(zhǎng)，以及自動(dòng)進(jìn)化；適應(yīng)性非常廣泛，適合各種類型、各種環(huán)境的焊接要求。為了達(dá)到上述設(shè)計(jì)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)，包括行走電機(jī)模塊、擺動(dòng)控制模塊、中央處理控制模塊、送絲 控制模塊、焊機(jī)控制模塊，干生自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊檢查模塊、電源模塊、氣流量控制模塊、水冷系統(tǒng)；
所述干生自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊的工作流程為:通過焊接過程中弧長(zhǎng)變化，建立了焊接小車和滑塊為基礎(chǔ)的二級(jí)聯(lián)動(dòng)弧長(zhǎng)控制系統(tǒng)；利用滑塊的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)弧長(zhǎng)的快速、高精度控制；利用對(duì)小車的控制實(shí)現(xiàn)滑塊的自動(dòng)歸中，增大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。所述行走電機(jī)模塊的工作流程為:由中央處理控制模塊給出速度信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖占空比信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)霍爾無刷之流電機(jī)的速度驅(qū)動(dòng)輸出，再將電機(jī)速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)參與占空比給定計(jì)算，形成一個(gè)閉環(huán)反饋電路，保證行走電機(jī)的電氣特性；并反饋給中央處理控制模塊一個(gè)電機(jī)旋速頻率脈沖，實(shí)現(xiàn)二級(jí)反饋，增加行走電機(jī)模塊的精度和穩(wěn)定性。所述擺動(dòng)控制模塊的工作流程為:擺動(dòng)參數(shù)由液晶界面設(shè)置后存入中央處理控制模塊的RAM中，在控制中由中央處理控制模塊的USART模塊發(fā)送給協(xié)處理器，由協(xié)處理器的對(duì)指令進(jìn)行編譯轉(zhuǎn)換成具體的動(dòng)作，來控制驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)的工作。所述送絲控制模塊的工作流程為:中央處理控制模塊提供送絲速度，由驅(qū)動(dòng)器通過放大再將速度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)并傳送到驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以電機(jī)電壓負(fù)反饋電流正反饋模式作為電機(jī)穩(wěn)速方式參與前級(jí)給定運(yùn)算；并通過編碼器返回電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的脈沖信號(hào)，中央處理控制模塊通過CCP捕捉計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速，并將其與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較進(jìn)行矯正； 所述中央處理控制模塊:該處理器具有2個(gè)增強(qiáng)型可尋址USART模塊，具有24路通道的12位A/D轉(zhuǎn)換器，具有自動(dòng)采集和休眠操作模式；
所述焊機(jī)控制模塊:通過中央處理控制模塊發(fā)送指令給焊接控制模塊，焊接控制模塊通過光耦進(jìn)行隔離后，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后輸出給定焊接電壓，通過信號(hào)分離控制焊接起弧。其操作過程為:
步驟一:首先對(duì)調(diào)用vint函數(shù),初始化PLL、eprom、watchdog等,對(duì)端口進(jìn)行輸入輸出配置，并根據(jù)功能賦予初值，再對(duì)寄存器進(jìn)行配置；
步驟二:配置完成以后，初始化遺傳模塊，通過對(duì)eprom的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀入存儲(chǔ)，作為種群的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；
步驟三:完成液晶的初始化，啟動(dòng)人機(jī)交互界面，便于用戶操作；等待用戶操作指令； 步驟四:當(dāng)有鍵按下時(shí)，判斷命令值；
步驟五:確認(rèn)命令值為焊接后，判斷焊接標(biāo)識(shí)為手動(dòng)焊接進(jìn)行手動(dòng)焊接；判斷焊接標(biāo)識(shí)為自動(dòng)焊接進(jìn)行自動(dòng)焊接；
步驟六:手動(dòng)焊接:通過AD采集模塊采集焊接參數(shù)電流、電壓、行走速度，首先執(zhí)行通過適配器二控制氣流控制系統(tǒng)提前送氣排除空氣，執(zhí)行完后在由中央處理控制模塊通過USART模塊發(fā)出焊接命令給適配器一和適配器二，由適配器二控制焊接控制模塊啟動(dòng)焊接并按照要求輸出，并控制水冷系統(tǒng)開始循環(huán)輸送；在由適配器一控制送絲模塊開始按要求進(jìn)絲;
步驟七:自動(dòng)焊接:采集焊接輸入電流、電壓，在初始化種群數(shù)據(jù)庫中選擇組對(duì)應(yīng)PID參數(shù)，先將參數(shù)存儲(chǔ)在SUF中，2組PID參數(shù)隨機(jī)交換部分基因，來構(gòu)造下一代的2條新的染色體，構(gòu)造完成以后判斷是否在合理范圍，如果不在范圍內(nèi)直接調(diào)用與輸入電流、電壓匹配的PID參數(shù)，如果在范圍內(nèi)將參數(shù)傳遞給干身自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊，由干身自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊來控制行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)PID結(jié)合參數(shù)檢測(cè)模塊實(shí)際反饋對(duì)行走做出調(diào)節(jié)，當(dāng)干身變長(zhǎng)的時(shí)候電壓變小，加快行走速度，加速小車提升速實(shí)現(xiàn)干身調(diào)節(jié)；
當(dāng)焊接完成以后，系統(tǒng)自動(dòng)將焊接數(shù)據(jù)處理將小車的提升速率和小車的穩(wěn)定系數(shù)提取和系統(tǒng)現(xiàn)有經(jīng)典參數(shù)對(duì)比，如果系能比經(jīng)典參數(shù)差即丟棄參數(shù)，如果性能強(qiáng)于現(xiàn)在經(jīng)典參數(shù)，將實(shí)現(xiàn)末尾淘汰將淘汰數(shù)據(jù)覆蓋。所述命令值為擺動(dòng)命令時(shí)，驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)模塊，調(diào)整焊槍位置；
命令值為點(diǎn)動(dòng)送絲命令時(shí)，中央處理控制模塊將要發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄彺嬷校瑧?yīng)用CRC檢驗(yàn)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，首先將數(shù)據(jù)左移R位，相當(dāng)與對(duì)應(yīng)的信息多項(xiàng)式C(x) *2的R次方，用生成多項(xiàng)式對(duì)信息碼做除，得到R位的余數(shù)，將余數(shù)拼到信息碼左移后空出的位置，得到完整的CRC碼；通過USART端口將數(shù)據(jù)發(fā)送給適配器一，在由適配器一將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)解碼并將需求數(shù)據(jù)提取出來，通過數(shù)模轉(zhuǎn)化將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)發(fā)送給送絲控制模塊實(shí)現(xiàn)要求動(dòng)作；
命令值為快速行走時(shí)驅(qū)動(dòng)行走電機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)小車位置調(diào)整。所述步驟六中:完成以上工作后，啟動(dòng)參數(shù)檢測(cè)模塊對(duì)參數(shù)進(jìn)行采集判斷是否啟弧成功，如果失敗立即停止焊接并從液晶顯示輸出焊接錯(cuò)誤，如果啟弧成功將采集參數(shù)反饋給中央處理控制模塊，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接狀態(tài)；中央處理器將數(shù)據(jù)處理后顯示在液晶顯示面板上以供操作者參考,啟動(dòng)開始行走,提升液面。
本發(fā)明所述的基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)的有益效果是，本設(shè)計(jì)通過遺傳算法和PID算法向結(jié)合來克服傳統(tǒng)系統(tǒng)中氣電立焊焊接系統(tǒng)適應(yīng)性差，效率低下，穩(wěn)定性低的問題，在增強(qiáng)了系統(tǒng)適應(yīng)性同時(shí)又效的提高了工作效率。參數(shù)采集模塊隔離并提供當(dāng)前焊接的電流、電壓由焊接專家系統(tǒng)根據(jù)遺傳算法分析出當(dāng)前焊接狀態(tài)，在由PID結(jié)合實(shí)際反饋對(duì)行走做出調(diào)節(jié)。當(dāng)干身變長(zhǎng)的時(shí)候電壓變小，加快行走速度，加速小車提升速實(shí)現(xiàn)干身調(diào)節(jié)；當(dāng)干身變短時(shí)，電壓變大，行走速度減慢，小車行走相對(duì)焊接液面降低。實(shí)現(xiàn)焊接的穩(wěn)定，和針對(duì)破口的變化進(jìn)行制動(dòng)調(diào)節(jié)。利用對(duì)小車的控制實(shí)現(xiàn)干身的自動(dòng)調(diào)節(jié)，增大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。系統(tǒng)自動(dòng)將焊接數(shù)據(jù)處理，將小車的提升速率和小車的穩(wěn)定系數(shù)提取和系統(tǒng)現(xiàn)有經(jīng)典參數(shù)對(duì)比，如果系能比經(jīng)典參數(shù)差即丟棄參數(shù)，如果性能強(qiáng)于現(xiàn)在經(jīng)典參數(shù)，將實(shí)現(xiàn)末尾淘汰將淘汰數(shù)據(jù)覆蓋。結(jié)果表明，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和自我進(jìn)化、調(diào)節(jié)能力，很好的適應(yīng)了現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例所述的基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框 圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述的基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)的干生自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊的流程 圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述的基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方案作進(jìn)一步的詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所述的基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)，包含行走電機(jī)模塊，擺動(dòng)控制模塊，送絲控制，中央處理控制模塊，焊機(jī)控制模塊，參數(shù)檢查模塊，電源模塊，干生自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊。行走電機(jī)模塊:本模塊是由中央處理控制給出速度信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)器33035實(shí)現(xiàn)將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖占空比信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)霍爾無刷之流電機(jī)的速度驅(qū)動(dòng)輸出，在有33039將電機(jī)速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)參與33035的占空比給定計(jì)算，形成一個(gè)閉環(huán)反饋電路，保證行走電機(jī)的電氣特性。并反饋給中央處理控制一個(gè)電機(jī)旋速頻率脈沖，實(shí)現(xiàn)一個(gè)二級(jí)反饋，增加行走電機(jī)模塊的精度和穩(wěn)定性。擺動(dòng)控制模塊:擺動(dòng)參數(shù)由液晶界面設(shè)置后存入中央處理控制RAM中，在控制中由中央處理控制發(fā)送給協(xié)處理器，由協(xié)處理器控制驅(qū)動(dòng)電路完成動(dòng)作。本設(shè)計(jì)能完成3組擺動(dòng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和給定。數(shù)據(jù)包括擺動(dòng)幅度、擺動(dòng)頻率、擺動(dòng)的正面停留和反面停留時(shí)間。本設(shè)計(jì)擺動(dòng)幅度的范圍(T50CM，擺動(dòng)頻率的范圍(TlOOHz，正面停留和反面停留的調(diào)節(jié)范圍(T5s.通過焊接中對(duì)擺動(dòng)參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)來保證熔池的覆蓋面和能量輸出，確保精確控制焊接質(zhì)量。中央處理控制模塊:作為整個(gè)系統(tǒng)的大腦，其重要性是不言而喻的。本系統(tǒng)采用的Microchip公司的PIC18F87K90，該處理器2個(gè)增強(qiáng)型可尋址USART模塊，支持LIN/J2602,自動(dòng)波特率檢測(cè)，具有24路通道的12位A/D轉(zhuǎn)換器，具有自動(dòng)采集和休眠操作模式。
送絲控制:本模塊是中央處理控制提供送絲速度，由驅(qū)動(dòng)器通過放大再將信號(hào)給gs3525將速度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)通過mos管放大驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以電機(jī)電壓負(fù)反饋電流正反饋模式作為電機(jī)穩(wěn)速方式參與gs3525前級(jí)給定運(yùn)算。并通過編碼器返回電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的脈沖信號(hào)，中央處理控制通過CCP捕捉計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速，并將其與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較進(jìn)行矯正。焊機(jī)控制模塊:本設(shè)計(jì)焊接電源采用的是熊谷加世電器公司D7-800，配備有遠(yuǎn)端控制接口。通過中央處理控制通過485發(fā)送指令給焊接控制模塊，焊接控制器通過光耦進(jìn)行隔離后，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后輸出給定焊接電壓，通過信號(hào)分離控制焊接起弧等。干生自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊:氣電立焊是一種重要的垂直位置焊接方法，其焊接質(zhì)量受焊接電弧長(zhǎng)度的影響較大，必須對(duì)其弧長(zhǎng)進(jìn)行控制。研究其焊接過程中弧長(zhǎng)變化，建立了焊接小車和滑塊為基礎(chǔ)的二級(jí)聯(lián)動(dòng)弧長(zhǎng)控制系統(tǒng)；利用滑塊的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)弧長(zhǎng)的快速、高精度控制；利用對(duì)小車的控制實(shí)現(xiàn)滑塊的自動(dòng)歸中，增大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。本發(fā)明通過Pic87k90基于遺傳算法PID來實(shí)現(xiàn)。結(jié)果表明，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和自我調(diào)節(jié)能力。如圖2所述干生自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊的工作流程為:
步驟一:采集焊接輸入電流、電壓。在初始化種群數(shù)據(jù)庫中選擇組對(duì)應(yīng)PID參數(shù)，先將參數(shù)存儲(chǔ)在SUF中。步驟二:將選定的2組PID參數(shù)隨機(jī)交換部分基因，來構(gòu)造下一代的2條新的染色體。步驟三:構(gòu)造完成以后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)變異。步驟四:構(gòu)造完成以后判斷是否在合理范圍，如果不在范圍內(nèi)直接調(diào)用經(jīng)典參數(shù)，如果在范圍內(nèi)將參數(shù)傳遞給PID模塊。步驟五:將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動(dòng)部分直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成動(dòng)作。步驟六:當(dāng)焊接完成以后，系統(tǒng)自動(dòng)將焊接數(shù)據(jù)處理將小車的提升速率和小車的穩(wěn)定系數(shù)提取和系統(tǒng)現(xiàn)有參數(shù)對(duì)比，如果系能比經(jīng)典參數(shù)差即丟棄參數(shù)，如果性能強(qiáng)于現(xiàn)在經(jīng)典參數(shù)，將實(shí)現(xiàn)末尾淘汰將淘汰數(shù)據(jù)覆蓋。如圖3所示，所述基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)其工作流程為: 步驟一:首先對(duì)調(diào)用vint函數(shù)。初始化PLL、eprom、watchdog等,對(duì)端口進(jìn)行輸入輸
出配置，并根據(jù)功能賦予初值。再對(duì)寄存器進(jìn)行配置，
SPI寄存器配置
主同步串行端口(MSSP)模塊是用于同D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)MSSP模塊都有3個(gè)相關(guān)的控制寄存器。其中包括一個(gè)狀態(tài)寄存器(SSPxSTAT)和兩個(gè)控制寄存器(SSPxCONl和SSPxC0N2)。通過控制這3個(gè)寄存器來實(shí)現(xiàn)對(duì)spi的配置SPI的所有四種模式。USART寄存器配置
主要是用于上位機(jī)和適配器的通訊，發(fā)送相關(guān)的指令和傳輸數(shù)據(jù)。由三個(gè)寄存器來控制，發(fā)送狀態(tài)和控制寄存器(TXSTAx)接收狀態(tài)和控制寄存器(RCSTAx)波特率控制寄存器(BaUDCONx)0本發(fā)明采用經(jīng)典的115200bps波特率，傳輸數(shù)據(jù)率高，穩(wěn)定性強(qiáng)。并采用了crc校驗(yàn)，提高了數(shù)據(jù)的抗干擾能力，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。
Adc寄存器配置
此模塊能將一個(gè)模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的12位有符號(hào)數(shù)字信號(hào)。ADCONO寄存器控制A/D模塊的工作。ADCONl寄存器配置參考電壓和特殊事件觸發(fā)信號(hào)選擇。ADC0N2寄存器配置A/D時(shí)鐘源、可編程采集時(shí)間和輸出結(jié)果的對(duì)齊方式。ECCP寄存器配置
本發(fā)明使用的eccp模塊的捕捉功能。每個(gè)捕捉模塊均有一個(gè)控制寄存器CCPxCON和一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器CCPRx相關(guān)聯(lián)。每個(gè)CCP模塊都有一個(gè)16位寄存器，它可以用作16位捕捉寄存器，精度可達(dá)到ns級(jí)。步驟二:配置完成以后，初始化遺傳模塊。通過對(duì)eprom的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀入存儲(chǔ)，作為種群的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。步驟三:完成液晶的初始化，啟動(dòng)人機(jī)交互界面，便于用戶操作。等待用戶操作指令。步驟四:當(dāng)有鍵按下時(shí)，判斷按鍵值，命令值為擺動(dòng)命令時(shí)，驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)模塊，調(diào)整焊槍位置。按鍵值為點(diǎn)動(dòng)送絲命令時(shí)，中央處理器將要發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄彺嬷校瑧?yīng)用CRC檢驗(yàn)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，并將生產(chǎn)的監(jiān)督碼添加在數(shù)據(jù)后面。通過USART端口將數(shù)據(jù)發(fā)送給適配器一，在由適配器一將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)解碼并將需求數(shù)據(jù)提取出來，通過數(shù)模轉(zhuǎn)化將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)發(fā)送給送絲驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)要求動(dòng)作(詳見送絲控制)。命令值為快速行走時(shí)驅(qū)動(dòng)行走電機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)小車位置調(diào)整(詳見行走電機(jī)模塊)。命令值為焊接時(shí)，進(jìn)入步驟五。步驟五:確認(rèn)命令值為焊接后，判斷焊接標(biāo)識(shí)為手動(dòng)焊接進(jìn)入步驟六；判斷焊接標(biāo)識(shí)為自動(dòng)焊接進(jìn)入步驟七。步驟六:通過AD采集模塊采集焊接參數(shù)電流、電壓、行走速度。首先執(zhí)行通過適配器二控制氣流控制系統(tǒng)提前送氣排除空氣，執(zhí)行完后在由中央處理器通過USART模塊發(fā)出焊接命令給適配器一和適配器二，由適配器二控制焊接控制模塊啟動(dòng)焊接并按照要求輸出(詳見焊接控制)并控制水冷系統(tǒng)開始循環(huán)輸送。在由適配器一控制送絲模塊開始按要求進(jìn)絲(詳見送絲模塊)。完成以上工作后，啟動(dòng)參數(shù)檢測(cè)模塊對(duì)參數(shù)進(jìn)行采集判斷是否啟弧成功，如果失敗立即停止焊接并從液晶顯示輸出焊接錯(cuò)誤，如果啟弧成功將采集參數(shù)反饋給中央處理器模塊并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接狀態(tài)。中央處理器將數(shù)據(jù)處理后顯示在液晶顯示面板上以供操作者參考，啟動(dòng)開始行走，提升液面。步驟七:當(dāng)判斷為自動(dòng)焊接后，采集焊接輸入電流、電壓。在初始化種群數(shù)據(jù)庫中選擇組對(duì)應(yīng)PID參數(shù)，先將參數(shù)存儲(chǔ)在SUF中，2組PID參數(shù)隨機(jī)交換部分基因，來構(gòu)造下一代的2條新的染色體。構(gòu)造完成以后判斷是否在合理范圍，如果不在范圍內(nèi)直接調(diào)用經(jīng)典參數(shù)，如果在范圍內(nèi)將參數(shù)傳遞給干身自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊。由干身自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊來控制行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)PID結(jié)合參數(shù)檢測(cè)模塊實(shí)際反饋對(duì)行走做出調(diào)節(jié)。當(dāng)干身變長(zhǎng)的時(shí)候電壓變小，加快行走速度，加速小車提升速實(shí)現(xiàn)干身調(diào)節(jié)；當(dāng)干身變短時(shí)，電壓變大，行走速度減慢，小車行走相對(duì)焊接液面降低。實(shí)現(xiàn)焊接的穩(wěn)定，和針對(duì)破口的變化進(jìn)行制動(dòng)調(diào)節(jié)。利用對(duì)小車的控制實(shí)現(xiàn)干身的自動(dòng)調(diào)節(jié)，增大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。
當(dāng)焊接完成以后，系統(tǒng)自動(dòng)將焊接數(shù)據(jù)處理將小車的提升速率和小車的穩(wěn)定系數(shù)提取和系統(tǒng)現(xiàn)有經(jīng)典參數(shù)對(duì)比，如果系能比經(jīng)典參數(shù)差即丟棄參數(shù)，如果性能強(qiáng)于現(xiàn)在經(jīng)典參數(shù)，將實(shí)現(xiàn)末尾淘汰將淘汰數(shù)據(jù)覆蓋。術(shù)語解釋:
PID:目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器(儀表)已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator),其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。可編程控制器(PLC)是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)PID控制，而可編程控制器(PLC)可以直接與ContoolNet相連,如Rockwell的PLC-5等。還有可以實(shí)現(xiàn)PID控制功能的控制器,如Rockwell的Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ContoolNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。遺傳算法(Genetic Algorithm):是模擬達(dá)爾文生物進(jìn)化論的自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過程的計(jì)算模型，是一種通過模擬自然進(jìn)化過程搜索最優(yōu)解的方法。其主要特點(diǎn)是直接對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行操作，不存在求導(dǎo)和函數(shù)連續(xù)性的限定；具有內(nèi)在的隱并行性和更好的全局尋優(yōu)能力；采用概率化的尋優(yōu)方法，能自動(dòng)獲取和指導(dǎo)優(yōu)化的搜索空間，自適應(yīng)地調(diào)整搜索方向，不需要確定的規(guī)則。在運(yùn)用遺傳算法對(duì)PID參數(shù)尋優(yōu)的個(gè)體評(píng)價(jià)過程中，許多個(gè)體所對(duì)應(yīng)的參數(shù)都可能使實(shí)際過程系統(tǒng)失控，這在應(yīng)用中是不能接受的，因此采用的是基于模型的PID控制器參數(shù)優(yōu)化，對(duì)過程不產(chǎn)生任何影響；同時(shí)優(yōu)化是基于模型，對(duì)模型響應(yīng)的評(píng)價(jià)大大加快，可以在較短的時(shí)間得到最優(yōu)化結(jié)果。本具體實(shí)施方式
只本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，具體各項(xiàng)權(quán)利保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)，其特征在于:包括行走電機(jī)模塊、擺動(dòng)控制模塊、中央處理控制模塊、送絲控制模塊、焊機(jī)控制模塊，干生自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊檢查模塊、電源模塊、氣流量控制模塊、水冷系統(tǒng)； 所述干生自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊的工作流程為:通過焊接過程中弧長(zhǎng)變化，建立了焊接小車和滑塊為基礎(chǔ)的二級(jí)聯(lián)動(dòng)弧長(zhǎng)控制系統(tǒng)；利用滑塊的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)弧長(zhǎng)的快速、高精度控制；利用對(duì)小車的控制實(shí)現(xiàn)滑塊的自動(dòng)歸中，增大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力；所述行走電機(jī)模塊的工作流程為:由中央處理控制模塊給出速度信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖占空比信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)霍爾無刷之流電機(jī)的速度驅(qū)動(dòng)輸出，再將電機(jī)速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)參與占空比給定計(jì)算，形成一個(gè)閉環(huán)反饋電路，保證行走電機(jī)的電氣特性；并反饋給中央處理控制模塊一個(gè)電機(jī)旋速頻率脈沖，實(shí)現(xiàn)二級(jí)反饋，增加行走電機(jī)模塊的精度和穩(wěn)定性； 所述擺動(dòng)控制模塊的工作流程為:擺動(dòng)參數(shù)由液晶界面設(shè)置后存入中央處理控制模塊的RAM中，在控制中由中央 處理控制模塊的USART模塊發(fā)送給協(xié)處理器，由協(xié)處理器的對(duì)指令進(jìn)行編譯轉(zhuǎn)換成具體的動(dòng)作，來控制驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)的工作； 所述送絲控制模塊的工作流程為:中央處理控制模塊提供送絲速度，由驅(qū)動(dòng)器通過放大再將速度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)并傳送到驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以電機(jī)電壓負(fù)反饋電流正反饋模式作為電機(jī)穩(wěn)速方式參與前級(jí)給定運(yùn)算；并通過編碼器返回電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的脈沖信號(hào)，中央處理控制模塊通過CCP捕捉計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速，并將其與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較進(jìn)行矯正； 所述中央處理控制模塊:該處理器具有2個(gè)增強(qiáng)型可尋址USART模塊，具有24路通道的12位A/D轉(zhuǎn)換器，具有自動(dòng)采集和休眠操作模式； 所述焊機(jī)控制模塊:通過中央處理控制模塊發(fā)送指令給焊接控制模塊，焊接控制模塊通過光耦進(jìn)行隔離后，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后輸出給定焊接電壓，通過信號(hào)分離控制焊接起弧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)，其特征在于:操作過程為: 步驟一:首先對(duì)調(diào)用vint函數(shù),初始化PLL、eprom、watchdog等,對(duì)端口進(jìn)行輸入輸出配置，并根據(jù)功能賦予初值，再對(duì)寄存器進(jìn)行配置； 步驟二:配置完成以后，初始化遺傳模塊，通過對(duì)eprom的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀入存儲(chǔ)，作為種群的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫； 步驟三:完成液晶的初始化，啟動(dòng)人機(jī)交互界面，便于用戶操作；等待用戶操作指令； 步驟四:當(dāng)有鍵按下時(shí)，判斷命令值； 步驟五:確認(rèn)命令值為焊接后，判斷焊接標(biāo)識(shí)為手動(dòng)焊接進(jìn)行手動(dòng)焊接；判斷焊接標(biāo)識(shí)為自動(dòng)焊接進(jìn)行自動(dòng)焊接； 步驟六:手動(dòng)焊接:通過AD采集模塊采集焊接參數(shù)電流、電壓、行走速度，首先執(zhí)行通過適配器二控制氣流控制系統(tǒng)提前送氣排除空氣，執(zhí)行完后在由中央處理控制模塊通過USART模塊發(fā)出焊接命令給適配器一和適配器二，由適配器二控制焊接控制模塊啟動(dòng)焊接并按照要求輸出，并控制水冷系統(tǒng)開始循環(huán)輸送；在由適配器一控制送絲模塊開始按要求進(jìn)絲; 步驟七:自動(dòng)焊接:采集焊接輸入電流、電壓，在初始化種群數(shù)據(jù)庫中選擇組對(duì)應(yīng)PID參數(shù)，先將參數(shù)存儲(chǔ)在SUF中，2組PID參數(shù)隨機(jī)交換部分基因，來構(gòu)造下一代的2條新的染色體，構(gòu)造完成以后判斷是否在合理范圍，如果不在范圍內(nèi)直接調(diào)用與輸入電流、電壓匹配的PID參數(shù)，如果在范圍內(nèi)將參數(shù)傳遞給干身自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊，由干身自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊來控制行走執(zhí)行機(jī)構(gòu)PID結(jié)合參數(shù)檢測(cè)模塊實(shí)際反饋對(duì)行走做出調(diào)節(jié)，當(dāng)干身變長(zhǎng)的時(shí)候電壓變小，加快行走速度，加速小車提升速實(shí)現(xiàn)干身調(diào)節(jié)； 當(dāng)焊接完成以后，系統(tǒng)自動(dòng)將焊接數(shù)據(jù)處理將小車的提升速率和小車的穩(wěn)定系數(shù)提取和系統(tǒng)現(xiàn)有經(jīng)典參數(shù)對(duì)比，如果系能比經(jīng)典參數(shù)差即丟棄參數(shù)，如果性能強(qiáng)于現(xiàn)在經(jīng)典參數(shù)，將實(shí)現(xiàn)末尾淘汰將淘汰數(shù)據(jù)覆蓋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述命令值為擺動(dòng)命令時(shí)，驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)模塊，調(diào)整焊槍位置； 命令值為點(diǎn)動(dòng)送絲命令時(shí)，中央處理控制模塊將要發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄彺嬷校瑧?yīng)用CRC檢驗(yàn)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，首先將數(shù)據(jù)左移R位，相當(dāng)與對(duì)應(yīng)的信息多項(xiàng)式C(x) *2的R次方，用生成多項(xiàng)式對(duì)信息碼做除，得到R位的余數(shù)，將余數(shù)拼到信息碼左移后空出的位置，得到完整的CRC碼；通過USART端口將數(shù)據(jù)發(fā)送給適配器一，在由適配器一將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)解碼并將需求數(shù)據(jù)提取出來，通過數(shù)模轉(zhuǎn)化將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)發(fā)送給送絲控制模塊實(shí)現(xiàn)要求動(dòng)作； 命令值為快速行走時(shí)驅(qū)動(dòng)行走電機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)小車位置調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)，其特征在于:所述步驟六中:完成以上工作后，啟動(dòng)參數(shù)檢測(cè)模塊對(duì)參數(shù)進(jìn)行采集判斷是否啟弧成功，如果失敗立即停止焊接并從液晶顯示輸出焊接錯(cuò)誤，如果啟弧成功將采集參數(shù)反饋給中央處理控制模塊，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接狀態(tài)；中央處理器將數(shù)據(jù)處理后顯示在液晶顯示面板上以供操作者參考，啟動(dòng) 開始行走，提升液面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于遺傳算法的自進(jìn)化PID氣電立焊焊接系統(tǒng)，包括行走電機(jī)模塊、擺動(dòng)控制模塊、中央處理控制模塊、送絲控制模塊、焊機(jī)控制模塊，干生自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊檢查模塊、電源模塊、氣流量控制模塊、水冷系統(tǒng)。能實(shí)現(xiàn)氣電立小車的自動(dòng)行走，自動(dòng)控制干身長(zhǎng)，以及自動(dòng)進(jìn)化；適應(yīng)性非常廣泛，適合各種類型、各種環(huán)境的焊接要求。
文檔編號(hào)B23K9/12GK103203528SQ201210012420
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者魏建軍, 李榮東 申請(qǐng)人:成都熊谷加世電器有限公司