弧焊電源控制及焊接質(zhì)量在線監(jiān)測數(shù)字化基礎(chǔ)研究.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對號稱“工業(yè)縫紉機”的焊接設(shè)備提出了更高的要求。提高焊接工藝性能的關(guān)鍵之一在于先進的焊接設(shè)備，實現(xiàn)先進的焊接設(shè)備在于采用先進的控制理論及針對工藝特點采取合理的控制算法。本文基于數(shù)字化焊接的概念，對數(shù)字化焊接電源，熔化極氣體保護焊（GMAW）焊接過程數(shù)學模型以及焊接信號（電流、電壓，焊接速度等）特征分析，焊接質(zhì)量預(yù)測以及在線監(jiān)控等基礎(chǔ)問題進行了研究。主要研究內(nèi)容如下： ⑴研制了以數(shù)字信號處理器（DSP）與單片機（MCU

2、）雙處理器為控制核心的數(shù)字化弧焊電源。完成了主電路，數(shù)字控制系統(tǒng)電路，IGBT驅(qū)動電路，電流、電壓反饋電路，人機接口電路，送絲系統(tǒng)電路以及保護電路的研制，并完成了電源軟件系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試。 ⑵進行了CO2焊接短路過渡波形控制研究，分析了CO2短路過渡可以減小飛濺和改善焊縫成型的電壓、電流波形。提出了三種波形控制方法，對三種控制方案及效果進行了比較分析。 ⑶為了實現(xiàn)先進控制方法在焊接電源控制中的應(yīng)用，分析了GMAW焊接過程

3、所涉及的焊接參數(shù)及相互關(guān)系，對GMAW過程電路系統(tǒng)、電弧系統(tǒng)、熔滴上的作用力、熔滴過渡、焊絲熔化速度進行分析。建立GMAW過程數(shù)學模型；應(yīng)用基于微分幾何的反饋線性化方法，將GMAW過程電流及弧長模型同胚映射為等價的線性系統(tǒng)，使復(fù)雜的非線性控制問題轉(zhuǎn)化成簡單的線性系統(tǒng)的控制問題；將滑模變結(jié)構(gòu)控制方法應(yīng)用于焊接電流及弧長的控制，并運用Matlab進行仿真研究。 ⑷進行了有關(guān)CO2焊接電信號分析處理研究。DSP強大的數(shù)據(jù)處理能力和快速

4、運算能力為焊接信號的實時處理分析提供了合適的平臺，為形成焊接過程質(zhì)量實時評價系統(tǒng)、形成焊接過程的實時閉環(huán)控制提供了可能。利用相關(guān)性分析、傅立葉譜、短時傅立葉、功率密度譜、小波分析等多種現(xiàn)代信號分析方法對CO2焊接電壓、電流的時域、頻域及時頻域特征進行數(shù)據(jù)挖掘，從信號分析角度豐富對焊接電壓、電流信號深層所蘊含信息的認識，為實現(xiàn)焊接過程的實時監(jiān)控提供理論基礎(chǔ)。 ⑸采用BP算法經(jīng)樣本訓(xùn)練對焊縫幾何尺寸進行預(yù)測研究。針對普通BP算法存在