逆变弧焊电源模糊PID控制器的研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

焊接作为一种基本加工方法，应用极其广泛。它与国民经济各个部门，如国防工业、农业机械、石油化工、机械制造、航空航天、海洋工程等方面都息息相关。而目前电弧焊接是焊接方法中最主要的一个大类，不同的电弧焊工艺需要不同的电弧焊机，而弧焊电源是对焊接电弧提供电能的一种装置，是电弧焊机中的核心部分，它必须具备电弧焊接所要求的主要电气特性。从这点看，弧焊电源的控制，即对弧焊电源的电气性能的参数进行控制和调节就显得格外重要了。

TIG焊（钨极氩弧焊）是电弧焊的一种，可以用来焊接各种合金且焊缝成形美观，所以应用越来越广泛。但TIG焊也有其缺点，熔深浅，熔敷速度小，生产率较低且钨极承载电流的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池，造成污染。TIG焊具有恒流外特性，即电源的稳态输出电流I_wd固定，为了得到较满意的I_wd值，有必要对其进行控制。

不同的控制方法有不同的控制效果，随着计算机科学技术的大力发展，控制技术向着自动化、数字化、智能化方向发展。PID 控制是工程应用较早、实用性最强的控制方式。它的算法比较简单、可靠性比较高，基于此，许多工业生产的控制都运用PID控制方式但是，PID 控制策略最大的局限性是其对于控制对象的依靠性，一般情况下都必须事先比较准确地获知控制对象的数学模型才能够进行设计，致使其应用有一定的局限性^[3]。遗传算法控制是模拟自然选择和遗传机制的一种搜索和优化算法的控制方法，它模拟生物界的生存竞争，优胜劣汰，适者生存的机制，利用复制、交叉、变异等遗传操作来优化搜索算法，一方面希望在宽广的空间内进行搜索，从而提高求得最优解的概率；另一方面又希望向着解的方向尽快缩小搜索范围，从而提高搜索效率，但要同时提高搜索最优解的概率和效率是很难做到的。模糊逻辑控制是最早应用于焊接领域的智能控制技术，模糊控制以模糊集合论、模糊语言变量以及模糊推理为理论基础，控制动作由隶属度函数和模糊推理、模糊决策等一些模糊数学中的工具给出。基于一定的规则实现控制，根据误差变化率和误差的模糊子集得出决策表，再经过查询决策表来得出每一个时间点应该采取的动作进行控制，但控制精度不高、自适应能力有限、存在稳态误差、可能引起振荡，缺乏有效的学习机制。神经网络技术是智能控制的一个新的分支，它是科学家对于人体行为规律的研究，效仿大脑对人肢体行为控制而开始兴起的。对于一些非线性、不确定的系统的控制来说，神经网络技术具有比较好的优势，可以给出比较优良解决方案，但这种控制系统知识表达困难、学习速度慢、缺乏整体化设计方法^[9,11]。近年来，科研人员开始创造性地把不同的控制方法结合在一起，从而得到新型的控制器，如模糊神经元PI控制器^[5]，神经网络PID控制器^[3]。

综合权衡各种控制方法后，本课题将模糊控制方法和传统PID控制方法巧妙的结合在一起得到新型的模糊PID控制器，这种控制器不但具有PID控制精度高等优点，又兼有模糊控制灵活、适应性强的优点。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

熟练掌握模糊控制理论和pid控制器的相关理论，对模糊pid控制的优越性有深刻认识。了解弧焊电源控制系统设计方法并设计tig焊逆变电源的模糊pid控制器，并在matlab/simulink中对tig焊逆变电源-电弧闭环系统进行仿真，实现逆变弧焊电源的先进pid控制。

2.2 研究目标

1、对弧焊电源外特性的控制方法有一定了解；

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，完成开题报告。

第4－5周：熟悉模糊pid控制器设计的相关理论。

第6－8周：学习并掌握matlab/simulink仿真软件。

第9－12周：利用matlab/simulink仿真软件对tig焊逆变电源-电弧闭环系统进行仿真。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]盖志武, 彭涌涛, 焦树人等. pwm弧焊逆变电源的matlab仿真研究[j].电焊机, 2003(1): 25-27

[2]任平平, 王清, 吴林. 计算机仿真技术在逆变焊接电源中的应用[j]. 焊接, 2002(5): 6-9

[3]宋家泰. 智能控制逆变弧焊电源的研究与设计[d]. 天津: 天津大学, 2013

[4]zahra malekjamshidi,mohammad jafari, kourosh mahmoodi. operation of a fuzzy controlled half-bridge dc-converter as a welding current-source[j]. telkomnika, 2012(10): 17-24