材料成型设备与计算机控制技术

　　当前，计算机技术的飞速发展已经给人类生产和生活的各个领域带来了深刻的影响。近年来，随着微型计算机存储容量逐步增大、运算速度逐步提高和图形功能逐步完善，使得计算机的应用更加普及，并进一步向深层次拓展。在材料成型行业中，计算机的应用正在向科研、生产、管理等领域发展。一般应用主要集中在材料成型生产工艺管理、专家系统、数据库与应用软件、数值分析、数值模拟和生产过程控制等方面。一些先进技术和理论（如人工智能、神经元网络、模糊控制、软件设计方法学等）也已引入到材料成型领域中。这些技术的成功运用使材料成型微机控制系统的整体设计水平得以提高，并具有较强的实用性。由于材料成型设备的广泛应用及工作条件的特殊性，且其涉及的学科较多，材料成型设备的设计需要相关学科的支持。计算机技术、网络技术、控制技术、电力电子技术及相关学科的发展加速了材料成型设备的推陈出新和进一步应用。材料成型设备与计算机技术和智能技术相结合的智能型材料成型设备是今后的主要发展方向。材料成型设备是材料成型过程中的重要工具，其自动化程度反映了材料成型行业发展的状况。鉴于计算机技术在材料成型设备中应用的普遍性和重要性，本书在编写过程中，力求理论联系实际，突出计算机控制技术在材料成型设备中的应用。书中实例可供实际产品开发借鉴。本书的第1章绪论部分简要叙述了计算机技术在材料成型设备中的应用概况；第2章和第3章介绍了PID控制技术和模糊控制技术，作为材料成型设备的计算机控制技术基础知识；第4章至第6章系统地阐述了材料成型设备微型计算机控制系统的设计基础、抗干扰技术和设计方法；第7章和第8章介绍了材料成型设备及其计算机控制技术。本书重点突出实用性和工程性，减少了复杂的理论推导。本书系统讲述材料成型设备与计算机控制技术的基础知识，主要介绍了PID控制技术、模糊控制技术、微计算机接口技术和通信技术；详细阐述材料成型设备微计算机控制系统的抗干扰技术和设计方法；在材料成型设备部分主要介绍焊接电源、焊接机器人、差压铸造设备、通用压力机、冲压机、塑料注射成型机等典型设备，并通过典型应用实例阐述关于材料成型设备与计算机控制系统的设计步骤和设计原则以及总体方案的分析和设计问题。本书突出计算机控制技术，不仅可作为材料成型专业教材，也可以作为机电一体化、自动化、计算机应用等专业教材。由于本教材的实例和一些章节都是作者多年的科研成果，实用性和工程性较强，亦可供从事材料成型过程控制或工控领域机电一体化工程技术的人员参考。

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第1章绪论
1.1计算机控制技术在材料成型设备中的应用
1.1.1焊接设备计算机控制技术
1.1.2锻压设备计算机控制技术
1.1.3铸造设备计算机控制技术
1.2计算机抗干扰技术在材料成型设备中的应用
1.3学习本课程的目的与要求
1.3.1学习本课程目的
1.3.2课程要求
1.3.3本课程与其他课程的联系和分工
第2章PID微机控制
2.1PID控制器数字化
2.1.1模拟PID控制器
2.1.2PID控制算法的数字实现
2.2PID算法优化
2.2.1PID积分分离控制
2.2.2可变增量PID控制
2.2.3时间最优的PID控制
2.2.4智能PID控制
2.3PID参数整定方法
2.3.1工程整定法
2.3.2经验法
2.3.3凑试法确定PID调节参数
2.4PID控制系统实例
2.4.1厚壁管全位置焊接变增益PID弧长调节的必要性
2.4.2弧长调节系统的硬件组成
2.4.3弧长调节可变增益PID控制器的设计
第3章模糊控制技术
3.1模糊推理基础
3.1.1模糊集合
3.1.2模糊关系
3.1.3模糊推理
3.2模糊控制器设计
3.2.1模糊系统结构
3.2.2精确量Fuzzy化
3.2.3模糊控制算法设计
3.2.4输出信息的Fuzzy判决
3.2.5Fuzzy控制器查询表建立
3.2.6Fuzzy控制器的设计
3.3自组织模糊控制器的设计
3.3.1修正因子自寻优Fuzzy控制器的设计
3.3.2带修正函数的Fuzzy控制器的设计
3.3.3自调整.自修正Fuzzy控制器的设计
3.4模糊控制焊接电弧
3.4.1系统框图
3.4.2设计步骤
第4章微计算机控制系统设计基础
4.1微计算机控制基本原理
4.1.1单片机内部结构及应用系统
4.1.28031微处理器
4.1.3存储器
4.1.4微计算机最小应用系统设计实例
4.2微计算机接口技术
4.2.1集成D/A转换器DAC0832
4.2.2集成A/D转换器ADC0809
4.3微计算机通信技术
4.3.1上位机串行接口
4.3.2下位机串行接口
4.3.3电弧强干扰下的计算机多机通信
4.3.4高可靠性RS-485总线及应用
4.3.5USB接口设计
第5章材料成型设备计算机控制系统抗干扰技术
5.1材料成型设备计算机控制系统干扰途径与分类
5.1.1干扰途径
5.1.2干扰分类
5.2电子元器件选择原则
5.2.1元器件筛选方案的设计原则
5.2.2元器件选择的一般原则
5.2.3元器件的降额设计
5.2.4集成电路选用时应注意的问题
5.3材料成型设备计算机控制系统硬件抗干扰技术
5.3.1接地技术
5.3.2屏蔽技术
5.3.3硬件“看门狗”技术（微处理器监控器MAX690A/MAX692A）
5.3.4电源的抗干扰技术
5.3.5计算机接口电路隔离技术
5.4材料成型设备计算机控制系统软件抗干扰技术
5.4.1软件冗余技术
5.4.2软件陷阱技术
5.4.3软件“看门狗”技术
5.4.4无扰动重恢复技术
5.4.5数字滤波
5.4.6其他软件抗干扰技术
5.5计算机控制交流TIG焊系统抗干扰设计
5.5.1设计抗干扰电路
5.5.2抑制干扰源
5.5.3削弱耦合通道
5.5.4采用屏蔽双绞线
5.5.5合理布线
第6章材料成型设备计算机控制系统设计
6.1材料成型设备计算机控制系统设计的基本要求及步骤
6.1.1设计要求
6.1.2设计步骤
6.2材料成型设备控制单元电路板设计原则
6.2.1印制电路板的可靠性与可预测性设计原则
6.2.2印制电路板的抗干扰设计原则
6.2.3印制电路板的热设计
6.2.4印制电路板的接地原则
6.3材料成型设备计算机控制系统软件设计
6.3.1计算机控制系统软件设计原则
6.3.2计算机软件模块化设计
6.3.3软件可靠性设计
6.3.4计算机软件的系统工程方法设计
6.4材料成型设备计算机控制系统设计应考虑的问题
6.4.1主机选择的原则
6.4.2微机控制系统的组成方式
6.4.3软件和硬件的协调与分配
6.4.4硬件的设计
第7章焊接与铸造设备及其计算机控制技术
7.1弧焊电源
7.1.1弧焊电源的分类.特点和用途
7.1.2弧焊电源外特性的种类
7.1.3弧焊电源调节特性与动特性
7.1.4晶闸管式弧焊整流器
7.2弧焊电源的计算机控制技术
7.2.1微机控制弧焊电源
7.2.2数字化弧焊电源
7.3焊接机器人
7.3.1机器人基础
7.3.2弧焊机器人
7.4管道全位置焊接机器人计算机控制系统设计
7.4.1控制系统总体方案的选择
7.4.2主机计算机控制系统
7.4.3各从机控制功能
7.4.4计算机间的通信
7.4.5全位置脉冲TIG焊弧压传感弧长调节
7.4.6基于图像传感二维跟踪控制系统
7.5铸造设备计算机控制技术
7.5.1差压铸造系统
7.5.2差压铸造控制原理及控制系统的构成
7.5.3开关量的输入/输出与光电隔离
7.5.4调节算法及软件程序
第8章锻压与塑压设备及其计算机控制技术
8.1通用压力机
8.1.1通用压力机的工作原理和结构组成
8.1.2通用压力机的技术参数
8.2液压机
8.2.1液压机的工作原理
8.2.2液压机的液压系统
8.2.3液压机的特点
8.2.4液压机的基本参数
8.3塑料注射成型机
8.3.1注射成型机的组成
8.3.2注射成型机的分类
8.3.3注射成型机型号规格的表示法
8.3.4注射成型机的工作过程
8.3.5注射成型机的技术参数
8.3.6液压传动系统
8.4全自动螺杆式注射成型机
8.4.1注射装置
8.4.2合模装置
8.4.3工艺参数的调整
8.4.4模具注射参数的存储
8.5塑料注射成型机计算机控制系统设计
8.5.1注射过程控制策略
8.5.2智能控制器的设计
8.5.3注射机过程控制简介
参考文献