专利名称：一种束管生产线焊缝自动跟踪装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动控制领域，具体的说涉及一种束管生产线焊缝自动跟踪装
置。
背景技术：
加工制造业是我国国民经济中的重要组成部分，它包括很多工序，焊接在制造业中发挥了巨大的作用。焊接从本质上来说其实就是一个发光、发热的综合过程，在这一过程中包含了复杂的物理变化和化学变化。焊接过程的首要目的就是将两块分离的金属材料形成冶金连接，获得合乎要求的焊缝，在整条焊缝上都不产生超出焊接对缝允许的偏离。因此焊缝自动跟踪是实现焊接自动化和智能化的首要关键技术，在焊接过程中通过各种传感器反馈焊缝位置信息，通过实时控制焊接执行部件，使得焊炬始终对准并跟踪焊缝中心。早在20世纪40年代，人们就开始关注焊缝跟踪技术的研究，以减小由于机械制造安装、装夹精度、坡口状况、烟尘、飞溅、表面状况和热变形等多种因素所造成的焊接位置偏差。传统的夹具定位由于精度不足，而且通用性不大，不能满足要求。而根据焊接过程中的电、光、热、力、磁等物理现象和化学现象，基于各种传感技术的焊缝跟踪技术无论在精度还是在自动化程度上都有提高。但是在对电机的控制策略上多数为PIDTroportion-htegr al-Differential)控制，控制效果的好坏完全取决于PID参数的整定与优化。实际系统具有许多不确定性因素，例如参数变化，被忽略的非线性，负载扰动，各种检测噪声等。特别是常规调节器的控制参数具有固定形式，且PID控制器参数的整定和优化主要靠现场工程技术人员手工整定，整定的好坏很大程度上依赖操作人员的经验和水平。这些都可能严重影响系统的平稳性和控制精度。对于被控对象稳态和动态品质都是十分不利的。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题，就是克服上述已有技术的不足，提供一种采用 FPGA作为PID控制器的束管生产线焊缝自动跟踪装置。本实用新型采用如下技术方案一种束管生产线焊缝自动跟踪装置，包括通过电平转换组件电连接在一起的DSP 控制电路和步进电机驱动器，以及为本装置供电的电源，采用FPGA作为PID控制器，其一端接收束管生产线焊缝识别装置计算出的焊炬和焊缝间位置偏差信息，另一端与DSP控制电路电连接。进一步的，所述的FPGA包括依次电连接的初始化模块、输入层计算模块，隐含层计算模块、输出层计算模块、隐含层权值调整模块、输入层权值调整模块、控制模块和存储模块；其中存储模块1用来保存隐含层输入值、存储模块2用来保存隐含层输出值、存储模块3用来保存输出层数据、存储模块4用来保存隐含层权值数据、存储模块5用来保存输入层权值数据。进一步的，所述的存储模块为非易失性存储器。
3[0009]本实用新型的有益效果是本实用新型采用FPGA作为基于BP神经网络的PID控制器，充分发挥FPGA的并行计算能力，提高了算法的执行速度，保证了高实时性的焊缝跟踪。本实用新型焊缝跟踪控制策略采用基于BP神经网络的智能PID控制器控制步进电机调节焊炬位置，通过神经网络的自学习、加权系数调整，可以自适应调整PID控制器参数，保证系统的最优控制，实现高精度的焊缝跟踪。FPGA的存储模块采用非易失性存储器，每次上电后可以自动把代码从配置芯片中读取出来并自行配置。
图1为本实用新型的结构框图；图2为本实用新型基于BP网络的PID控制器结构框图；图3为本实用新型基于FPGA实现BP神经网络的PID控制器的结构框图；图4为本实用新型FPGA电源电路；图5为本实用新型FPGA配置与时钟电路；图6为本实用新型FPGA和DSP控制电路的接口电路；图7为本实用新型DSP控制电路的电源电路；图8为本实用新型步进电机驱动电路。
具体实施方式
参见图1，本实用新型主要由三部分构成，基于BP(Back Propagation)网络，即人工神经网络的智能PID控制器、DSP控制电路和步进电机驱动电路。其中焊炬即钨极和焊缝的位置偏差信息由束管生产线焊缝识别装置识别计算后，输入本实用新型作为控制信息。焊缝跟踪控制策略采用FPGA(即现场可编程门阵列)实现基于BP网络的智能PID控制器，所述FPGA可以采用Altera公司cyclone系列的EP1C3T144C8芯片，利用其并行计算能力、数字逻辑资源和I/O 口配置，在其内部实现基于BP网络的智能PID控制器。通过BP 网络的自学习能力，可对PID控制器的控制参数进行自适应调整，以实现高精度、高实时性控制，增强系统控制的鲁棒性。设置DSP控制电路为控制核心，可以产生PWM波，通过步进电机驱动电路驱动步进电机调节焊炬位置，实现高精度、高实时性的焊缝跟踪。参见图2，智能PID控制器由两部分构成经典的PID控制器和神经网络。神经网络根据系统的运行状态，调节PID控制器的参数，以期达到性能指标的最优化，使输出层神经元的输出状态对应于PID控制器的三个可调参数Kp，Ki, Kdo通过神经网络的自学习、力口权系数调整，使神经网络输出对应于某种最优控制律下的PID控制器参数。BP神经网络应用到PID整定过程中，BP算法的前向计算，隐含层神经元的作用函数取正负对称的Sigmoid函数
权利要求1. 一种束管生产线焊缝自动跟踪装置，包括通过电平转换组件电连接在一起的DSP控制电路和步进电机驱动器，以及为本装置供电的电源，其特征在于采用FPGA作为PID控制器，其一端接收束管生产线焊缝识别装置计算出的焊炬和焊缝间位置偏差信息，另一端与 DSP控制电路电连接。
专利摘要本实用新型涉及一种束管生产线焊缝自动跟踪装置，提供一种采用FPGA作为PID控制器的束管生产线焊缝自动跟踪装置。一种束管生产线焊缝自动跟踪装置，包括通过电平转换组件电连接在一起的DSP控制电路和步进电机驱动器，以及为本装置供电的电源，采用FPGA作为PID控制器，其一端接收束管生产线焊缝识别装置计算出的焊炬和焊缝间位置偏差信息，另一端与DSP控制电路电连接。本实用新型采用FPGA作为基于BP神经网络的PID控制器，充分发挥FPGA的并行计算能力，提高了算法的执行速度，保证了高实时性的焊缝跟踪。
文档编号G05B13/02GK202106129SQ20112007018
公开日2012年1月11日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者凌六一, 曲立国, 柴井坤, 王静, 黄友锐 申请人:安徽理工大学