1、引言?

　　發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣門(mén)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，廣泛用于汽車(chē)，飛機(jī)，船舶等行業(yè)。對(duì)氣門(mén)的質(zhì)量影響最大的因素之一是毛坯成型時(shí)的加熱電流。

　　電鐓機(jī)的工作原理圖如上圖1所示，加熱變壓器的次級(jí)兩端與砧子、夾持電極及毛坯構(gòu)成回路，在低電壓、大電流的作用下，毛坯和砧子間形成的接觸電阻發(fā)熱至成型溫度，在砧子和鐓粗缸的壓力下逐漸成型為‘蒜頭’狀。其工藝過(guò)程可分為始鐓和終鐓兩個(gè)過(guò)程:

　　1.始鐓階段：在此階段，墩粗缸和砧子缸分別以速度V1和V2向上運(yùn)動(dòng)，砧子缸的后退運(yùn)動(dòng)用于控制毛坯的初始加熱、變形長(zhǎng)度，其中V1>V2。在此階段毛坯通過(guò)大電流發(fā)熱并逐漸變形為蒜頭狀。

　　２.終鐓階段：在始鐓過(guò)程結(jié)束時(shí)，砧子缸運(yùn)動(dòng)暫停。墩粗缸繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)。
　　
　　由上鐓粗過(guò)程可見(jiàn)，鐓粗缸、砧子缸的速度、鐓粗壓力和加熱電流等參數(shù)對(duì)氣門(mén)毛坯成形質(zhì)量起著決定性作用。其中，加熱電流是該控制系統(tǒng)中的一個(gè)最關(guān)鍵參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，鐓粗溫度過(guò)低時(shí)材料的塑性差，易產(chǎn)生裂紋，甚至鐓裂；但過(guò)高的鐓粗溫度將導(dǎo)致晶粒粗大，產(chǎn)生過(guò)熱，甚至過(guò)燒[1]。因此，鐓粗溫度是決定鐓粗質(zhì)量的最關(guān)鍵工藝參數(shù)之一。從理論上分析，工件在加熱頂鍛過(guò)程中其變形曲線是不規(guī)則的，最好是電流隨變形的變化而變化[2]。因此，提高質(zhì)量的關(guān)鍵在于對(duì)加熱電流的合理控制。

圖1電鐓機(jī)工作原理圖

2、可控硅觸發(fā)方式

3、可控硅移相調(diào)功在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

　　作者開(kāi)發(fā)的基于ARM微處理器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的電鐓機(jī)控制系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)中ARM對(duì)可控硅的觸發(fā)控制原理如圖2所示：

圖3為過(guò)零檢測(cè)原理圖。用光電隔離器TIP521對(duì)電壓過(guò)零檢測(cè)。當(dāng)電壓沒(méi)有過(guò)零時(shí)，TIP521中有一路導(dǎo)通，則DT&DS=0；當(dāng)電壓過(guò)零時(shí)，則DT&DS=1。DT、DS經(jīng)一與非門(mén)接到S3C44B0X的PG0口，則當(dāng)電壓過(guò)零時(shí)，觸發(fā)中斷EXINT0。

4、基于FUPID的加熱電流優(yōu)化控制策略

　　電鐓機(jī)鐓粗過(guò)程中鐓粗壓力、鐓粗缸和砧子缸的速度以及加熱電流等幾個(gè)參數(shù)對(duì)氣門(mén)成型溫度、成型形狀及質(zhì)量等有直接影響，而且各參數(shù)需優(yōu)化配合。加熱電流直接影響加熱溫度，但鐓粗速度也會(huì)影響加熱溫度，而鐓粗速度又受加熱溫度和鐓粗壓力的影響。這些參數(shù)之間互相影響，且這幾個(gè)參數(shù)的變化關(guān)系是非線性的，用常規(guī)的PID控制器，難達(dá)到較好的效果。

　　FuPID是將模糊控制與經(jīng)典PID控制相結(jié)合形成的新型控制器，適用于非線性嚴(yán)重、工況變化大的過(guò)程，能夠有效提高控制品質(zhì)。FuPID使用方便，參數(shù)調(diào)整可以參照PID控制器的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。FuPID還可以根據(jù)實(shí)際對(duì)象的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)局部控制規(guī)則的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的局部?jī)?yōu)化，實(shí)現(xiàn)更好的調(diào)節(jié)效果。

4.1 模糊控制控制策略

　　模糊控制器[4][5]是一種語(yǔ)言型控制器，故也稱(chēng)為模糊語(yǔ)言控制器，其核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠接受的算法語(yǔ)言所描述的控制算法，這種方法不僅能實(shí)現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對(duì)一些無(wú)法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象進(jìn)行有效的控制。

　　模糊控制的主要步驟是：
　?、賹⒄鎸?shí)的確定量輸入轉(zhuǎn)換成一個(gè)模糊矢量。
　　②轉(zhuǎn)換的模糊矢量由基于專(zhuān)家或手動(dòng)操作熟練人員長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)而推理形成的一種語(yǔ)言表示形式-模糊規(guī)則，來(lái)計(jì)算出模糊的控制量。
　　③由模糊控制量計(jì)算處理得到精確的控制量并輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。
　　為了提高控制性能，采用二維模糊控制器。FUPID控制器結(jié)構(gòu)框圖如4所示：

5、可控硅調(diào)功控制的軟件實(shí)現(xiàn)

5.1 電壓過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)

　　電壓過(guò)零檢測(cè)端口接到ARM端口G的PG0端口，則當(dāng)電壓過(guò)零時(shí)觸發(fā)ARM的外部中斷EXINT0。
　　中斷初始化為：
Void init_Ext0(void)
{ rINTMOD=0x0;//設(shè)置為IRQ中斷
rINTCON= 0x1;//允許IRQ中斷
……}

Void Eint0Isr(void) //中斷服務(wù)程序
{
OS_ENTER_CRITICAL();//關(guān)中斷
rI_ISPC=BIT_EINT0; //清掛起位
rEXTINTPND=0xf;//清EXTINTPND
OS_EXIT_CRITICAL();//開(kāi)中斷
OSSemPost(Sem);
}

5.2 觸發(fā)脈沖的實(shí)現(xiàn)

　　檢測(cè)到電壓過(guò)零后，啟動(dòng)定時(shí)器來(lái)對(duì)導(dǎo)通角觸發(fā)位置進(jìn)行計(jì)時(shí),當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，由PE5口發(fā)出一觸發(fā)脈沖。在系統(tǒng)中采用定時(shí)器0來(lái)定時(shí)。時(shí)鐘初始化程序?yàn)椋?br /> Void timer_Int(void)
{
rINTMOD=0x0;
rINTCON=0x1;//使能中斷
}
Void TaskChufa(void *pdata)
{｀設(shè)定定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間｀
Void timer_Int；
OSSemPend(Sem,0,&err);
//等待外部中斷EXINT0的中斷信號(hào)量。
rTCON=0x19;//使能定時(shí)器0
OSSemPend(Ssz,0,&err);
//等待定時(shí)器0的中斷信號(hào)量。
｀產(chǎn)生觸發(fā)脈沖｀
OSSemPost(Smg);
OSTASKDel（OS_PRIO_SELF）;
}
時(shí)鐘中斷程序?yàn)椋?br /> Void zd_timer(void)
{
OS_ENTER_CRITICAL();//關(guān)中斷
rINTCON=0x0;//禁止中斷
OS_EXIT_CRITICAL();//開(kāi)中斷
OSSemPost(Ssz);
}

5.3 控制流程

＃include
…………………
OS_STK TaskChufaStk[TaskStk]
Void TaskChufa(void *pdata)
OS_EVENT *Sem;
OS_EVENT *Ssz;
OS_EVENT *Smg;
Int main(void)
{
OSInit();
OSTaskCreate(TaskKey,(void*)0,
&TaskKeyStk[TaskStk-1],3);
OSStart;
return(0);
}

6、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　在嵌入式電鐓機(jī)中，利用可控硅移相觸發(fā)方式可提高加熱電流的控制精度；利用FUPID算法對(duì)加熱電流控制進(jìn)行優(yōu)化處理，對(duì)氣門(mén)成型的合格率及生產(chǎn)效率有極大的提高。