1、引言?
發動機的進排氣門是發動機的重要零件，廣泛用于汽車，飛機，船舶等行業。對氣門的質量影響最大的因素之一是毛坯成型時的加熱電流。
電鐓機的工作原理圖如上圖1所示，加熱變壓器的次級兩端與砧子、夾持電極及毛坯構成回路，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。其工藝過程可分為始鐓和終鐓兩個過程:
1.始鐓階段：在此階段，墩粗缸和砧子缸分別以速度V1和V2向上運動，砧子缸的后退運動用于控制毛坯的初始加熱、變形長度，其中V1>V2。在此階段毛坯通過大電流發熱并逐漸變形為蒜頭狀。
２.終鐓階段：在始鐓過程結束時，砧子缸運動暫停。墩粗缸繼續向上運動。
由上鐓粗過程可見，鐓粗缸、砧子缸的速度、鐓粗壓力和加熱電流等參數對氣門毛坯成形質量起著決定性作用。其中，加熱電流是該控制系統中的一個最關鍵參數。一般來說，鐓粗溫度過低時材料的塑性差，易產生裂紋，甚至鐓裂；但過高的鐓粗溫度將導致晶粒粗大，產生過熱，甚至過燒[1]。因此，鐓粗溫度是決定鐓粗質量的最關鍵工藝參數之一。從理論上分析，工件在加熱頂鍛過程中其變形曲線是不規則的，最好是電流隨變形的變化而變化[2]。因此，提高質量的關鍵在于對加熱電流的合理控制。
圖1電鐓機工作原理圖
2、可控硅觸發方式
3、可控硅移相調功在嵌入式系統中的實現
作者開發的基于ARM微處理器和實時操作系統的電鐓機控制系統具有功能強、穩定性好等優點。系統中ARM對可控硅的觸發控制原理如圖2所示：
圖3為過零檢測原理圖。用光電隔離器TIP521對電壓過零檢測。當電壓沒有過零時，TIP521中有一路導通，則DT&DS=0；當電壓過零時，則DT&DS=1。DT、DS經一與非門接到S3C44B0X的PG0口，則當電壓過零時，觸發中斷EXINT0。
4、基于FUPID的加熱電流優化控制策略
電鐓機鐓粗過程中鐓粗壓力、鐓粗缸和砧子缸的速度以及加熱電流等幾個參數對氣門成型溫度、成型形狀及質量等有直接影響，而且各參數需優化配合。加熱電流直接影響加熱溫度，但鐓粗速度也會影響加熱溫度，而鐓粗速度又受加熱溫度和鐓粗壓力的影響。這些參數之間互相影響，且這幾個參數的變化關系是非線性的，用常規的PID控制器，難達到較好的效果。
FuPID是將模糊控制與經典PID控制相結合形成的新型控制器，適用于非線性嚴重、工況變化大的過程，能夠有效提高控制品質。FuPID使用方便，參數調整可以參照PID控制器的調節經驗進行。FuPID還可以根據實際對象的特點，實現局部控制規則的調整，從而實現控制參數的局部優化，實現更好的調節效果。
4.1 模糊控制控制策略
模糊控制器[4][5]是一種語言型控制器，故也稱為模糊語言控制器，其核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語言轉化為計算機能夠接受的算法語言所描述的控制算法，這種方法不僅能實現控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構造數學模型的被控對象進行有效的控制。
模糊控制的主要步驟是：
①將真實的確定量輸入轉換成一個模糊矢量。
②轉換的模糊矢量由基于專家或手動操作熟練人員長期經驗而推理形成的一種語言表示形式-模糊規則，來計算出模糊的控制量。
③由模糊控制量計算處理得到精確的控制量并輸出到執行機構上。
為了提高控制性能，采用二維模糊控制器。FUPID控制器結構框圖如4所示：
5、可控硅調功控制的軟件實現
5.1 電壓過零點檢測
電壓過零檢測端口接到ARM端口G的PG0端口，則當電壓過零時觸發ARM的外部中斷EXINT0。
中斷初始化為：
Void init_Ext0(void)
{ rINTMOD=0x0;//設置為IRQ中斷
rINTCON= 0x1;//允許IRQ中斷
……}
Void Eint0Isr(void) //中斷服務程序
{
OS_ENTER_CRITICAL();//關中斷
rI_ISPC=BIT_EINT0; //清掛起位
rEXTINTPND=0xf;//清EXTINTPND
OS_EXIT_CRITICAL();//開中斷
OSSemPost(Sem);
}
5.2 觸發脈沖的實現
檢測到電壓過零后，啟動定時器來對導通角觸發位置進行計時,當計時時間到時，由PE5口發出一觸發脈沖。在系統中采用定時器0來定時。時鐘初始化程序為：
Void timer_Int(void)
{
rINTMOD=0x0;
rINTCON=0x1;//使能中斷
}
Void TaskChufa(void *pdata)
{｀設定定時器的定時時間｀
Void timer_Int；
OSSemPend(Sem,0,&err);
//等待外部中斷EXINT0的中斷信號量。
rTCON=0x19;//使能定時器0
OSSemPend(Ssz,0,&err);
//等待定時器0的中斷信號量。
｀產生觸發脈沖｀
OSSemPost(Smg);
OSTASKDel（OS_PRIO_SELF）;
}
時鐘中斷程序為：
Void zd_timer(void)
{
OS_ENTER_CRITICAL();//關中斷
rINTCON=0x0;//禁止中斷
OS_EXIT_CRITICAL();//開中斷
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、結束語
在嵌入式電鐓機中，利用可控硅移相觸發方式可提高加熱電流的控制精度；利用FUPID算法對加熱電流控制進行優化處理，對氣門成型的合格率及生產效率有極大的提高。