模糊逻辑控制在焊接中的应用进展 1 引 言 焊接过程是一个复杂的过程，存在着时变、非线性及干扰因素多等 特点，难以建立起精确的数学模型。随着现代生产的迅速发展，对焊接 质量的要求越来越高，这就要求对焊接动态过程能实现自适应控制和智 能控制，以确保焊接过程的稳定性，提高焊接质量和焊接自动化水平。 模糊控制可以在没有精确数学模型的情况下，模仿专家和熟练焊接工人 的经验对焊接过程进行实时控制。国内外焊接界的专家学者较早认识到 模糊控制在焊接过程中有着广阔的应用前景，积极将模糊控制用于焊逢 跟踪、焊接质量及焊接电源设备的控制中。 2 焊缝跟踪的模糊控制 焊缝的自动跟踪，是通过传感器获取焊炬与焊缝中心的偏差信息， 对这些信息处理后，采用不同的控制算法得到控制信号，驱动焊炬使其 对中焊缝。为此，国内外开发了机械、电弧和视觉等类型的传感器。随 着传感器和信号处理技术的进步，多传感器信息融合将与弧焊机器人技 术相结合，在焊缝自动跟踪中得到广泛应用。 电弧传感器的原理是从电弧电流和电压的变化中获得焊缝横向与 高低偏差信息，当焊炬与工件距离变化时，电流相应改变，以保持原有 的熔化率。因此，电弧电流的变化反映了焊炬高度的变化，通过电弧振 动扫描焊缝的坡口，从电流波形特性中可获得焊炬横向对中的信息。电 弧电流与焊炬高度变化量之间是时变非线性的关系，其精确的数学模型 较难建立。尽管国内外学者研究了一些弧焊工艺的动静态模型，但由于 施焊现场存在强烈的电磁干扰等，这些模型的自适应和鲁棒性受到限 制。模糊控制具有很好的鲁棒性和非线性映射能力，因此，适用于电弧 传感跟踪控制。 J.W.Kim 等在 CO2 气体保护焊中，研制了一套电弧传感器，采用 简单模糊控制和自组织模糊控制方法进行焊缝跟踪。试验表明：自组织 模糊控制器在偏差角度为 10°时，系统仍有很强的跟踪能力。 日本学者通过测量电弧电流(I)、电压(U)和送丝速度(V)来计算坡口 和焊炬之间的距离(H)，即 H=F(I，U，V)来控制焊缝的跟踪，模糊逻辑 被用于这种电弧传感器的跟踪控制。 S.Murakami 等研究了弧焊机器人焊缝跟踪的模糊控制，设计采用基 于语言规则的模糊滤波器和模糊控制器。 河海大学姚河清等研究了一种 CO2 气保护焊焊枪高度控制系统，采 用燃弧占空比电弧传感器检测焊枪高度，用模糊控制器对焊枪高度进行 控制，控制系统选择燃弧占空比的偏差 e 和偏差的变化 ec 作为模糊输 入变量，焊枪高度调节步进电机的输出步数 u 作为模糊输出值，试验表 明该系统具有良好的控制效果。
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模糊逻辑控制在焊接中的应用进展 1 引 言 焊接过程是一个复杂的过程，存在着时变、非线性及干扰因 素多等特点，难以建立起精确的数学模型。随着现代生产的迅速 发展，对焊接质量的要求越来越高，这就要求对焊接动态过程能 实现自适应控制和智能控制，以确保焊接过程的稳定性，提高焊 接质量和焊接自动化水平。模糊控制可以在没有精确数学模型的 情况下，模仿专家和熟练焊接工人的经验对焊接过程进行实时控 制。国内外焊接界的专家学者较早认识到模糊控制在焊接过程中 有着广阔的应用前景，积极将模糊控制用于焊逢跟踪、焊接质量 及焊接电源设备的控制中。 2 焊缝跟踪的模糊控制 焊缝的自动跟踪，是通过传感器获取焊炬与焊缝中心的偏差 信息，对这些信息处理后，采用不同的控制算法得到控制信号， 驱动焊炬使其对中焊缝。为此，国内外开发了机械、电弧和视觉 等类型的传感器。随着传感器和信号处理技术的进步，多传感器 信息融合将与弧焊机器人技术相结合，在焊缝自动跟踪中得到广 泛应用。 电弧传感器的原理是从电弧电流和电压的变化中获得焊缝 横向与高低偏差信息，当焊炬与工件距离变化时，电流相应改变， 以保持原有的熔化率。因此，电弧电流的变化反映了焊炬高度的 变化，通过电弧振动扫描焊缝的坡口，从电流波形特性中可获得 焊炬横向对中的信息。电弧电流与焊炬高度变化量之间是时变非 线性的关系，其精确的数学模型较难建立。尽管国内外学者研究 了一些弧焊工艺的动静态模型，但由于施焊现场存在强烈的电磁 干扰等，这些模型的自适应和鲁棒性受到限制。模糊控制具有很 好的鲁棒性和非线性映射能力，因此，适用于电弧传感跟踪控制。 J.W.Kim 等在 CO2 气体保护焊中，研制了一套电弧传感器， 采用简单模糊控制和自组织模糊控制方法进行焊缝跟踪。试验表 明：自组织模糊控制器在偏差角度为 10°时，系统仍有很强的跟 踪能力。 日本学者通过测量电弧电流(I)、电压(U)和送丝速度(V)来计算 坡口和焊炬之间的距离(H)，即 H=F(I，U，V)来控制焊缝的跟踪， 模糊逻辑被用于这种电弧传感器的跟踪控制。 S.Murakami 等研究了弧焊机器人焊缝跟踪的模糊控制，设计 采用基于语言规则的模糊滤波器和模糊控制器。
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第六章 时序逻辑电路 内容提要 【熟悉】触发器四种电路结构及动作特点,四种逻辑功能及其逻辑关 系、逻辑符号,逻辑功能的四种描述方法 【掌握】时序电路的特点和一般分析方法 【熟悉】寄存器的功能、分类及使用方法, 双向移位寄存器的级联 【掌握】计数器的功能和分类,级联法、置位法构成 N 进制计数器 【掌握】555 定时器构成三种电路的工作特点、连接方法及主要参数 一． 一．网上导学 二． 二．典型例题 三． 三．本章小结 四． 四．习题答案 网上导学 §6.1 时序逻辑电路的特点 时序逻辑电路的特点：任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而 且还和电路原来的状态有关，所以时序电路具有记 忆功能。 在第五章中，向大家介绍了组合电路。 组合电路的特点是其任意时刻的输出状态仅取决于该时刻的输入 状态。 ２．时序电路逻辑功能描述方法 在上面给出的时序电路结构框图中，包括组合逻辑电路和具有记 忆功能的存储电路。 输出变量 y1，y2，y3。。。。yb，合称输出矢量 Y(t)。 输入变量 x1，x2，x3。。。。xa，合称输入矢量 X(t)。 同样，存储电路的输入、输出称之为矢量 P(t)和矢量 Q(t) 按照结构图，我们可以列出三组方程：设 tn+1，tn 分别为相邻的 两个离散的时间瞬间。 矢量 Y(tn)是 X(tn)，Q(tn)的函数，称输出方程。 矢量 P(tn)是 X(tn)，Q(tn)的函数，称驱动方程。 矢量 Q(tn+1)是 P(tn)，Q(tn)的函数，称状态方程。 本节问答题 1． 1．什么叫组合逻辑电路？ 2． 2．什么叫时序逻辑电路？ 3． 3．它们在逻辑功能和电路结构上各有什么特点？ 4． 4．在时序电路中，时间量 tn+1，tn 各是怎样定义的？描述时序 电路功能需要几个方程，它们各表示什么含义？ §６.２ 触发器 在这一节中,向大家介绍一种最基本的存储电路触发器（flip-flop）。 触发器具有以下基本特点： （１）具有两个稳定的（０和１）状态，能存储一位二进制信息； （２）根据不同的输入，可将输出置成０或１状态； （３）当输入信号消失后，被置成的状态能保存下来。 ６.2.1 基本ＲＳ触发器 一．电路结构及逻辑符号 在本书第三章里，我们讲了各种门电路，若把两个反相器按照 a 图的形式连接起来，可以看出，A 点和 B 点信号是反相的，而 A 点和 C 点始终保持同一电平。这样，可以把 A，C 视为同一点（下面的 b 图 和 c 图）。在 C 图中，A，B 两点始终反相，而且电路状态稳定，在没 有外界干扰或者触发的状态下，电路能够保持稳定的输出。(这一点, 大家可以稍作分析即可得知)。d 图是 c 图的习惯画法。将 D 图加上 触发端，就构成了基本 RS 触发器。
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11 第二章 基本逻辑指令说明及应用 2.1 基本逻辑指令一览表 助记符、名称 功能 可用软元件 程序步 LD 取 常开触点逻辑运算开始 X,Y,M,S,T,C 1 LDI 取反 常闭触点逻辑运算开始 X,Y,M,S,T,C 1 LDP 取 脉 冲 上 升 沿 上升沿检出运算开始 X,Y,M,S,T,C 2 LDF 取 脉 冲 下 降 沿 下降沿检出运算开始 X,Y,M,S,T,C 2 AND 与 常开触点串联连接 X,Y,M,S,T,C 1 ANI 与非 常闭触点串联连接 X,Y,M,S,T,C 1 ANDP 与脉冲上升 沿 上升沿检出串联连接 X,Y,M,S,T,C 2 ANDF 与脉冲下降 沿 下降沿检出串联连接 X,Y,M,S,T,C 2 OR 或 常开触点并联连接 X,Y,M,S,T,C 1 ORI 或非 常闭触点并联连接 X,Y,M,S,T,C 1 ORP 或 脉 冲 上 升 沿 上升沿检出并联连接 X,Y,M,S,T,C 2 ORF 或 脉 冲 下 降 沿 下降沿检出并联连接 X,Y,M,S,T,C 2 ANB 块与 并联回路块的串联连接 1 ORB 块或 串联回路块的并联连接 1 OUT 输出 线圈驱动 Y,M,S,T,C 注 1 SET 置位 动作保持 Y,M,S RST 复位 清除动作保持，寄存器清零 Y,M,S,T,C,D,V,Z 注 2 PLS 上升沿脉冲 上升沿输出 Y,M（特殊 M 除 外） 1 PLF 下降沿脉冲 下降沿输出 Y,M（特殊 M 除 外） 1 MC 主控 公共串联点的连接线圈指令 Y,M（特殊 M 除 外） 3 MCR 主控复位 公共串联点的消除指令 2 MPS 压栈 运算存储 1 MRD 读栈 存储读出 1 MPP 出栈 存储读出与复位 1 INV 取反 运算结果的反转 1 12 NOP 空操作 无动作 1 END 结束 输入输出及返回到开始 1 软元件为 Y 和一般 M 的程序步为 1，S 和特殊辅助继电器 M 的程序步 为 2，定时器 T 的程序步为 3，计数器 C 的程序步为 3－5。 软元件为 Y 和一般 M 的程序步为 1，S 和特殊辅助继电器 M、定时器 T、 计数器 C 的程序步为 2，数据寄存器 D 以及变址寄存器 V 和 Z 的程序 步为 3。 2.2 [LD],[LDI],[LDP],[LDF],[OUT] 指令 2.2.1 指令解说 助记符、名称 功能 可用软元件 程序步 LD 取 常开触点逻辑运算开始 X,Y,M,S,T,C 1 LDI 取反 常闭触点逻辑运算开始 X,Y,M,S,T,C 1 LDP 取 脉 冲 上 升 沿 上升沿检出运算开始 X,Y,M,S,T,C 2 LDF 取 脉 冲 下 降 沿 下降沿检出运算开始 X,Y,M,S,T,C 2 OUT 输出 线圈驱动 Y,M,S,T,C 见说明 LD,LDI,LDP,LDF 指令将触点连接到母线上。多个分支用 ANB,ORB 时 也使用。 LDP 指令在上升沿（软元件由 OFF 到 ON 变化时）接通一个周期；LDF 指令在下降沿（软元件由 ON 到 OFF 变化时）接通一个周期。 LD,LDI,LDP,LDF 指 令 的 重 复 使 用 次 数 在 8 次 以 下 。 即 与 后 面 的 ANB,ORB 指令使用时串并连使用的最多次数为 8 个。 软元件为 Y 和一般 M 的程序步为 1，S 和特殊辅助继电器 M 的程序步 为 2，定时器 T 的程序步为 3，计数器 C 的程序步为 3－5。 OUT 指令各种软元件的线圈驱动，但对输入继电器不能使用。并列的 OUT 可多次连续使用。 OUT 指令驱动计数器时，当前面 的线圈从 ON 变成 OFF，或者是 从 OFF 变成 ON 时，计数器才 加一。 2.2.2 编程示例 0 LD X000 1 OUT Y000
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SDH 设备的逻辑组成 SDH 网络的常见网元 SDH 传输网是由不同类型的网元设备通过光缆线路的连接组成的，通过 不同的网元完成 SDH 网的传送功能：上/下业务、交叉连接业务、网络 故障自愈等。下面介绍 SDH 网中常见网元的特点和基本功能。 TM——终端复用器 TM 终端复用器用在网络的终端站点上，例如一条链的两个端点上，它 是具有二个侧面的设备，如图 1.1.1-1 所示。 TM W STM-N STM-M 140Mbit/s 2Mbit/s34Mbit/s ×¢£ºM£¼N 图 1.1.1-1 TM 模型 它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高速信号 STM-N 中，或从 STM-N 的信号中分出低速支路信号。请注意它的线路端口输入/ 输出一路 STM-N 信号，而支路端口却可以输出/输入多路低速支路信号。 在将低速支路信号复用进 STM-N 帧（将低速信号复用到线路）时，有一 个交叉的功能。例如：可将支路的一个 STM-1 信号复用进线路上的 STM- 16 信号中的任意位置上，也就是指复用在 1～16 个 STM-1 的任一个位 置上。将支路的 2Mbit/s 信号可复用到一个 STM-1 中 63 个 VC-12 的任 一个位置上去。 ADM——分/插复用器 ADM 分/插复用器用于 SDH 传输网络的转接站点处，例如链的中间结点 或环上节点，是 SDH 网上使用最多、最重要的一种网元设备，它是一种 具有三个侧面的设备，如图 1.1.2-1 所示。 STM-N STM-N STM-M ×¢£ºM£¼N w e 34Mbit/s 140Mbit/s ADM 2Mbit/s 图 1.1.2-1 ADM 模型 ADM 有两个线路侧面和一个支路侧面。两个线路侧面，分别各接一侧的 光缆（每侧收/发共两根光纤），为了描述方便我们将其分为西（W）向、 东向（E）两侧线路端口。ADM 的一个支路侧面连接的都是支路端口， 这些支路端口信号都是从线路侧 STM-N 中分支得到和想是要插入到 STM-N 线路码流中去的“落地”业务。因此，ADM 的作用是将低速支路 信号交叉复用进东或西向线路上去；或从东或西侧线路端口接收的线路 信号中拆分出低速支路信号。另外，还可将东/西向线路侧的 STM-N 信 号进行交叉连接，例如将东向 STM-16 中的 3#STM-1 与西向 STM-16 中的 15#STM-1 相连接。 ADM 是 SDH 最重要的一种网元设备，它可等效成其它网元，即能完成其 它网元设备的功能。例如：一个 ADM 可等效成两个 TM 设备。 REG——再生中继器 REG 的最大特点是不上下（分/插）电路业务，只放大或再生光信号。SDH 光传输网中的再生中继器有两种：一种是纯光的再生中继器，主要对光 信号进行功率放大以延长光传输距离；另一种是用于脉冲再生整形的电 再生中继器，主要通过光/电变换、电信号抽样、判决、再生整形、电/ 光变换，以达到消除已积累的线路噪声，保证线路上传送信号波形的完 好性。在此介绍的是后一种再生中继器，REG 是双侧面的设备，每侧接 与一个线路端口---W、E 相接。如图 1.1.3-1 所示。
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