第1章 控制系統(tǒng)導(dǎo)論1
1.1 控制的發(fā)展歷程與內(nèi)涵 1
1.1.1 控制的歷史1
1.1.2 控制的內(nèi)涵4
1.1.3 控制的發(fā)展9
1.2 焊接生產(chǎn)中的自動控制 12
1.2.1 焊接過程控制系統(tǒng)12
1.2.2 焊接過程傳感15
1.2.3 焊接自動化生產(chǎn)裝備16

第2章 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型19
2.1 系統(tǒng)建模 19
2.1.1 物理系統(tǒng)建模19
2.1.2 物理系統(tǒng)的線性近似22
2.1.3 控制工程中使用的模型描述23
2.2 傳遞函數(shù)模型 24
2.2.1 拉普拉斯變換24
2.2.2 零極點模型與圖解法27
2.2.3 線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)31
2.3 控制系統(tǒng)模型的建立 33
2.3.1 框圖模型33
2.3.2 信號流圖模型38
2.4 過程辨識建模 42
2.4.1 基于系統(tǒng)辨識的建模方法42
2.4.2 階躍實驗與頻率響應(yīng)估計44
2.4.3 常用模型結(jié)構(gòu)的參數(shù)辨識方法46
2.4.4 基于閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)實驗辨識模型參數(shù)48

第3章 控制系統(tǒng)性能分析54
3.1 時域分析法 54
3.1.1 典型輸入信號54
3.1.2 一階和二階系統(tǒng)的時域響應(yīng)56
3.1.3 高階系統(tǒng)的時域分析59
3.1.4 瞬態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)60
3.1.5 穩(wěn)定性分析62
3.1.6 穩(wěn)態(tài)誤差分析與計算64
3.2 根軌跡分析法 69
3.2.1 根軌跡的基本概念70
3.2.2 繪制根軌跡的條件71
3.2.3 繪制根軌跡的基本規(guī)則72
3.2.4 基于根軌跡法的控制器性能分析73
3.2.5 根軌跡圖的繪制75
3.3 頻域分析法 77
3.3.1 控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)77
3.3.2 頻域分析法的穩(wěn)定性分析84
3.4 控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正 88
3.4.1 系統(tǒng)設(shè)計方法89
3.4.2 串聯(lián)校正90
3.4.3 反饋校正91
3.4.4 復(fù)合校正92
3.5 弧焊控制系統(tǒng)設(shè)計 94
3.5.1 等速送絲電弧控制系統(tǒng)95
3.5.2 均勻調(diào)節(jié)電弧控制系統(tǒng)98
3.5.3 均勻調(diào)節(jié)和自發(fā)調(diào)節(jié)共同作用下的電弧控制系統(tǒng)100

第4章 現(xiàn)代控制理論與技術(shù)102
4.1 現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典控制理論的區(qū)別 102
4.2 狀態(tài)空間分析103
4.2.1 狀態(tài)空間方程的建立103
4.2.2 狀態(tài)空間方程的線性變換106
4.2.3 解狀態(tài)空間方程107
4.3 狀態(tài)空間設(shè)計 109
4.3.1 狀態(tài)反饋109
4.3.2 狀態(tài)觀測111
4.4 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 113
4.4.1 LQR 控制113
4.4.2 模型預(yù)測控制(MPC) 119
4.4.3 自適應(yīng)控制120
4.5 焊接過程的狀態(tài)空間建模 122
4.5.1 GMAW 過程熔滴過渡行為動態(tài)模型122
4.5.2 含送絲機構(gòu)的GMAW 動態(tài)模型126

第5章 弧焊過程自動控制128
5.1 PID 控制 128
5.1.1 PID 控制的基本原理128
5.1.2 PID 控制算法129
5.1.3 數(shù)字PID 控制130
5.1.4 DE-GMAW 增量式PID 穩(wěn)定性控制133
5.1.5 一階旋轉(zhuǎn)倒立擺PID 實物控制138
5.2 模糊控制 141
5.2.1 模糊集合的定義與表示142
5.2.2 模糊關(guān)系143
5.2.3 模糊推理144
5.2.4 模糊控制的應(yīng)用145
5.2.5 焊接穩(wěn)定性模糊PID 控制151
5.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 153
5.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制簡介153
5.3.2 典型人工網(wǎng)絡(luò)154
5.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID 控制器設(shè)計156
5.3.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在焊接過程中的應(yīng)用160

第6章 信號處理與傳感164
6.1 信號與傳感 164
6.1.1 傳感技術(shù)164
6.1.2 焊接中的常見傳感量164
6.1.3 信號166
6.2 信號采集 167
6.2.1 信號采集原理168
6.2.2 A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換原理171
6.3 信號分析與處理 172
6.3.1 Z 變換172
6.3.2 傅里葉變換179
6.3.3 小波變換184
6.4 濾波技術(shù) 185
6.4.1 硬件濾波185
6.4.2 數(shù)字濾波188
6.4.3 卡爾曼濾波189
6.5 焊接中的信號采集與處理 192
6.5.1 電信號測量192
6.5.2 焊接熱循環(huán)曲線測量193
6.5.3 視覺傳感與定位195

第7章 焊接過程信息傳感與應(yīng)用198
7.1 傳感技術(shù)基礎(chǔ) 198
7.1.1 概念與特性198
7.1.2 傳感器誤差分析200
7.2 焊接過程量測量傳感 202
7.2.1 電信號測量202
7.2.2 溫度測量203
7.3 焊接過程視覺傳感 205
7.3.1 主動視覺傳感205
7.3.2 被動視覺傳感208
7.3.3 熔池振蕩與熔透分析211
7.4 焊縫跟蹤 214
7.4.1 激光焊縫跟蹤214
7.4.2 超聲波焊縫跟蹤216
7.4.3 旋轉(zhuǎn)電弧焊縫跟蹤216
7.4.4 電磁傳感焊縫跟蹤217
7.4.5 視覺傳感焊縫跟蹤219

第8章 過程控制系統(tǒng)221
8.1 過程控制系統(tǒng)設(shè)計原理 221
8.1.1 過程控制方法221
8.1.2 過程控制系統(tǒng)設(shè)計術(shù)語223
8.2 集散控制系統(tǒng)概述 227
8.2.1 DCS 組成227
8.2.2 DCS 發(fā)展歷程230
8.2.3 DCS 的局限性及發(fā)展趨勢233
8.3 DCS 硬件系統(tǒng) 234
8.3.1 過程檢測儀表235
8.3.2 控制器238
8.3.3 執(zhí)行器239
8.4 DCS 軟件系統(tǒng) 245
8.4.1 現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)245
8.4.2 組態(tài)軟件250
8.5 DCS 系統(tǒng)設(shè)計 254
8.5.1 銅鈷回收檢測控制系統(tǒng)254
8.5.2 機器人焊接生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)261

第9章 焊接過程建模及控制仿真267
9.1 旁路耦合電弧焊過程建模及仿真 267
9.1.1 非熔化極旁路耦合電弧焊接過程的建模仿真267
9.1.2 焊接過程穩(wěn)定性PID 控制272
9.1.3 雙熔化極旁路耦合電弧GMAW 焊接過程的建模仿真277
9.2 MIG 焊過程建模及控制仿真 280
9.2.1 模型介紹280
9.2.2 經(jīng)典補償解耦控制283
9.2.3 脈沖MIG 焊焊絲熔化動態(tài)電弧模型及仿真分析286
9.2.4 脈沖MIG 焊解耦控制290
9.2.5 基于雙脈沖的鋁合金MIG 焊熔池寬度控制293
9.3 脈沖MIG 焊視覺反饋解耦控制系統(tǒng) 296
9.3.1 基于視覺傳感的脈沖MIG 焊動態(tài)過程辨識296
9.3.2 視覺閉環(huán)控制297
9.3.3 視覺解耦控制300
9.3.4 基于視覺的焊絲干伸長控制312

第10章 焊接過程傳感控制314
10.1 平臺組成 314
10.1.1 虛擬儀器314
10.1.2 數(shù)據(jù)采集程序316
10.2 LabVIEW 視覺傳感系統(tǒng) 317
10.2.1 基于COM 技術(shù)的LabVIEW 與MATLAB 無縫鏈接317
10.2.2 脈沖MIG 焊實時控制系統(tǒng)實現(xiàn)317
10.3 直流MIG 焊參數(shù) 321
10.3.1 LabVIEW 平臺搭建321
10.3.2 雙脈沖MIG 測控實驗335

參考文獻(xiàn)340