PCD刀具高频感应钎焊温度控制系统设计

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随着精密加工和超精密加工在机械加工领域所占的比重越来越大,难加工材料的需求日益增多,聚晶金刚石(PCD)刀具凭借其硬度高、耐磨性好、热膨胀系数低等优点得到了广泛的应用。焊接是PCD刀具制造过程中的主要环节之一,高频感应钎焊凭借其设备投资少、焊接工艺简单、生产效率高等特点被广泛应用于PCD刀具的焊接中。PCD刀具高频感应钎焊主要采用手工焊接方式,焊接质量依靠工人的技术等级,刀具的焊接质量不稳定,生产效率低。其主要原因在于是焊接中的加热过程及焊接温度无法精确控制。本文以PCD刀具高频感应钎焊过程为控制对象,设计了一种基于模糊PID复合的闭环温度控制系统,并对主要控制环节进行了分析。首先,分析了国内外对于模糊PID温度控制以及高频感应加热温度控制的发展现状。在详细分析PCD刀具高频感应钎焊过程基础上,进行了控制系统的总体方案设计,包括硬件系统方案设计和软件系统方案设计。其次进行了控制策略的分析与选取。分别对PID控制和模糊控制进行了详细的理论研究,并分析了二者各自在温度控制方面的优缺点。结合两者的优点,提出了将两种控制方式相结合的复合控制策略对PCD刀具高频感应钎焊过程进行温度及其加热过程控制。接着进行了控制系统的硬件设计。硬件部分包括红外测温仪、测控仪、STM32单片机、D/A转换模块等,可实现温度的采集与控制。然后,完成了模糊PID控制器的设计与分析。结合被控对象的特点,对模糊PID控制器的各项参数进行了设置,并得到了模糊控制规则表。利用飞升曲线以及两点法计算得到了其近似的数学模型。借助MATLAB中的Simulink和Fuzzy工具箱将所设计到的模糊PID控制与普通PID控制进行了仿真对比。相比于普通PID控制,模糊PID控制的控制效果完全满足PCD刀具高频感应钎焊的温度控制要求,验证了该控制策略的可行性。最后,进行了软件部分的设计,如主程序流程图、温度采集系统框图和模糊PID算法流程图等。并且对软件进行了调试,验证了该温度控制系统的可行性。
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