摘 要
：根据模糊控制理论
，分析喷丸机的运行过程。通过模糊控制算法达到全 自动控制，可以有效地进行 自动 运行提高生产效率。
关键字：喷丸机 智能控制理论 模糊控制 自动控制 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号
：1672―1152 2014 06―0062―03

1 抛丸机概述

钢管内
、外壁清理线系利用抛丸器高速弹丸流束对旋转的钢管外壁进行抛丸清理，而后又对其内壁进行喷丸清理，清除钢管内、外壁的氧化层与附着物
，使之获得均匀精细的洁净表面
，显露钢管基材色
。 清理线适用于钢种为高温耐蚀合金
、马氏体
、奥氏体及双相不锈钢钢管的外、内氧化皮清理。本清理线的布置为先外抛后内喷，钢管外壁抛丸清理机和钢管内壁喷丸清理机作为整套连线设备
，实现整线亦可分别独立使用。

2 机器结构

本机主要由输送辊道、清理室、抛丸器、弹丸循环系统、平台和电气控制等组成，配套设备为除尘系统。

2．1 输送辊道

本输送辊道主要由室外辊子 入端与出端 
、室内辊子

、辊子支架 
、主室辊子支架以及单辊空心轴平行轴斜齿轮减速器独立驱动等部件组成
。采用单槽整体V形锥辊以保证钢管在前进时又能自转。

输送速度根据变频调速，实现工件输送与抛丸清理速度随意设定与灵活使用。

2．2 清理室

清理室为板式箱形组焊结构
，它主要由清理室体、清理室护板
、检修门 3个 以及上、下密封帘等件组成。

清理室顶部偏离实体中心 20mm处沿工件运行方向布置 3台QY一30型抛丸器
，实施对旋转与前进的钢管周表全方位抛射清理。清理室上设有出风口，与除尘器管道连接。


2．3 抛丸器
。 外抛机顶配置3台高效节能型 QY一30型抛丸器
，它是机器的心脏部件

，其性能直接决定了抛丸的清理质量与效率以及使用寿命与维修费用 ，因此，对此部件要给予足够的维护保养重视。


2．4 弹丸循环系统
2．4．1 分离器的工作原理与结构组成

分离器是抛丸设备的重要功能部件之一，其功能是将可继续使用弹丸从循环运行的混合弹丸流中分离出来

，分离出的弹丸再次投人使用以分离出杂物。分离 器主要由分离壳、筛网、弹丸闸门管组成。
2．4．2 分离器调整与使用
分离效果好坏直接影响机器的清理质量与效 率，使用时应确保适用的、清洁的弹丸流入抛丸器。 每天检查分离效果、分离区物料流幕的厚度及其均 匀性、风速，并作相应的调整。
1 ）分离效果判断：分离后弹丸中含有灰尘和细碎弹丸太多，原因是调节板张口间隙不当或风量不足
；废料管流出有较多可继续使用的合格弹丸，原因 是废料调节板张 口间隙不当或风量过大。 件组成
。
2 ）提升机

：由摆线针轮减速机、皮带轮
、皮带、料 斗、上壳

、中壳和下壳、中壳盖与下壳盖以及拉板
、螺栓组合的张紧装置组成
。提升机的下端进料 口与螺旋输送器相连，上端出料 口直接与分离器相连。工作时，固定在皮带上的料斗将提升机底部的丸料刮起， 然后在提升机摆线针轮减速机驱动下
，将丸料提升至提升机顶部 ，较后靠离心重力方式落料，将丸料直接送入分离器里。


3 控制过程说明

钢管被堆放在上料支架上，由人工将其排列整齐
，视待清理钢管管径不同，可通过电动推杆的调节挡块换型，再靠气缸驱动的拨叉装置将适宜的钢管拨送到钢管外壁清理机人端V形输送辊道上。钢管靠倾斜 V型皮、锈层及异物迅速脱落，显露出金属本色。工件在钢管外壁抛丸清理机内被清理好后，通过辊道被输送出清理机的出端辊道上。


清理过程中，撒落下来的丸尘混合物料经清理室内的带孔底护板流入下部螺旋输送器 ，再由输送器输送汇集于提升机下部
，再提升到机器上部的分离器里

，分离后的好弹丸落人料斗内供抛丸器循环使用，弹丸自动进入清理室内抛射区时
，边前进边旋转的钢管圆周外表连续不断地接受三台抛丸机纵向抛出的高速弹丸流束的打击与摩擦，使之氧化
； 清理中产生的尘埃
，由抽风管送向除尘系统
，净化处理后的净气排人大气中，颗粒状尘埃被捕捉收集 。

设备在运行过程当中通过人员对要求进行作业的不同规格的钢管进行作业

，按照要求对相应规格的参数进行人为的输入进行确认。对于不同规格的钢管通过变频器进行自适应调节。

4 PID控制算法
4．1模糊PID控制算法

模糊PID控制算法是对转速偏差和转速偏差率两个输人量进行模糊化处理
，得到模糊量，然后按照模糊推理规则，计算得到PID三个控制参数的模糊控制量后 ，把模糊控制量去模 糊处理变为实际可 以利用的 PID参数。该算法主要由参数 增量式 PID算法和模糊推理 系统两部分构成。增量式PID 算法实现对系统的控制，模糊 推理系统以转速偏差e 和转 速偏差率 ec作为输入 ，采用 模糊推理的方法对 PID参数 Kp、Ki

、Kd进行在线整定 ，以 满足不同的偏差 e和偏差率 ec对控制器参数 的不 同要 求。

4．2 模糊推理
有输入量E
、 和输出量 AK。

、AKi
、A 
，根据 设备原有参数设计 
，根据供丸阀开口的程度会通过三角皮带连接电机
，以电流的形式将流量反馈到操作台显示屏幕上
。通过传感器检测到的成品钢管的尺寸
，自动变换供丸阀开口程度
，在不超过保护电路下限值的情况下进行作业
。

4．3 参数修正
参数修正包括输出量 △ 、△Ki

、AK 的模糊决策和PID参数的整定。系统采用加权平均算法对输出量模糊化处理，将模糊的输出量转换成精确量 ， 对PID控制参数进行补偿
；PID参数整定则是根据 模糊决策所得精确输出结果与设定的PID控制参数 进行加权运算
，得出较佳的PID控制参数，通过增量式PID控制算法调整 PWM波的占空比，输出PWM波经驱动单元实现电机的驱动。

4．4 采用增量式PID算法

采用增量式PID控制PWM波占空比
，不需要对误差进行累加
，可以避免计算溢出，防止积分饱和
。能够通过加权处理而获得比较好的控制效果。模糊算法如下式表达：

由于电机模型的非线性
，常需要对PID控制参 钢管通 数进行实时调整，所以通用的PID算法难以实现高 精度的控制，因此使用模糊算法对PID控制的参数进行同步调整，可以取得较好的控制效果I3]。


5 三相异步电动机调速仿真模型

MATLAB软件中异步电动机调速仿真框如图 1 所示，各个模块的建立和参数设置如下：


图1 异步电机闭环调压调速仿真示意图
1、电源电压大小设置为220V
，相位相差 120。
， 频率50Hz。
2 晶闸管三相交流调压器的建模如图2所示，参 数设置为阻抗 2e～，正向电压 lV，感抗和初始电流均 为 0。
图2 晶闸管三相交流调压器仿真模型 3 同步6脉冲触发器的建模参数设置为
：电机类 管长度必须严格按照较小长度 2．5m以上进行作业。 型为鼠笼式电机
，频率 50Hz，电压的有效值 380V， 2 对于内喷砂设备
，由于设备处于半封存状态， 转子 0．452e～。
4 控制电路的有关参数设置：速度反馈系数设 备进行恢复

。喷砂箱附近的AC4000气动三联件的 为3O，pi
；调节器的参数设置分别为：Kp一30； 300； 建议压力为0．6MPa
，设备调试人员给出的参数建 上下限幅值为[18o，一1801
；限幅器限幅值为[180，30]
。
需要注意的一点是，为了得到比较复杂的给定 设备调试过程当中出现早期残留钢丸结块的现 转速信号，这里采用了将简单信号源组合的方法，将 象，造成喷砂加浓阀 风砂混合装置 阻塞、喷枪出砂 两个阶跃信号叠加组成输入信号

。此处阶跃输入信 量较小的现象，对于此现象的处理方式为整体拆卸 ， 号 step的阶跃时间设为0，初值设为0，终值设为 进行疏导作业
。后期在试生产作业中出现管内钢丸 100

，采样时间设为2s
；
5 系统的仿真参数设置如下
：仿真所选的算法 试车

，设备恢复正常

，按照设备维护说明建议更换。 为 ode23tb

；仿真 Starttime设为 0，Stoptime设为4
，其他为默认值。


图4所示为交流调压调速系统的给定转速和实际转速曲线
。从仿真结果可以看出
：在稳态时，仿真系统的实际速度能实现对给定速度的良好跟踪；在过渡过程中
，仿真系统的实际速度对阶跃给定信号的追踪有一定的偏差。从图中所示结果可以预见

，实际速度对斜波给定信号的跟踪是比较稳定的，达到了设计要求。

6 运行过程中控制理论的实际应用

1 外喷砂部分设备，构成主体
：上料和外喷两部分
。
设备的设计运行原理是按照类目地点附近并行排列的两排限位开关实现的。对于设备上料部分
，由扇形挡料装置 状态由电动推杆进行维持 以及订料装置由两台200mmx120mm气缸进行作业。对于不同的规格的管子进行 自动运行作业时，需要对挡料装 置的倾斜角度进行调整。在 自动运行的情况下，外抛需要设备制造商人员以及作业区人员对内抛相关设 议所有气动三联件的压强均稳定在0．6MPa
。 阶跃信号 step1阶跃时间设 残留的现象，空气油水滤清器内的铜滤芯阻塞
，致使 为2s，初值设为0，终值设为50
，采样时间设为2S。 主气源提供的气压不符合作业要求，铜滤芯清洗后 由于外部环境以及设备内部的结构
，防止空气中起 泵时携带的水分造成设备内部钢丸结块，建议每两周进行自动循环
，现已根据气候原因频率更改为每 周进行一次 自动设备操作循环
。
图4 转速仿真结果

7 结语 根据模糊控制理论的相关内容，结合设备的使用条件
，可以有效地评估并处理相关问题项
，对于保 证设备安全平稳的运行有促进作用。

参考文献 [1] 徐双文
，魏世川．自动控制技术在抛丸机中应用 [JJ_一重技术
， 2006 2 ：49―5O．
[2] 蒲洪彬，许阳钊，李伟光
，等．基于机器人的抛丸机 自动等．基于机器人的抛丸机 自动化生产 线构造[J]．机床与液压 
，2010 12

：7―10． [3] 夏剑敏，许力．车辆祠架加丸除尘机智能控制的实现[Jj_上海铁 道科技，2005 1 ：22―23