关于供电线路阻抗与相位控制的考察

电阻焊机使用时,由于线路压降,引起输出功率降低,控制装置误动作,造成烁变等,已为众所周知。文章阐明了当焊机通电时,控制装置供电电压的相位变化会使在过渡期的焊接电流发生变化,造成焊接变压器产生直流偏磁,使焊接质量不良或不稳定,甚至引起焊接变压器、控制装置或配电设备等的烧损。而采用传统的自动电压调整器、感应式电压调整器或电容式烁变补偿装置等不仅不能改善而且反会加剧这种现象。作者提出了把负载阻抗功率因数与这个负载以及包括线路在内的总阻抗功率因数尽可能相一致,以及采用耐偏磁式焊接变压器等方法,无触发角控制的非同期式控制线路等,则避免引起上述问题。     

机器人末端复杂环境下力自适应控制

针对机器人末端与复杂环境交互工作模式下的力控制问题,提出了一种基于时间延迟的力自适应阻抗控制。建立自适应阻抗控制的数学模型,分析变刚度与变位置模式下的阻抗特性,证明了自适应阻抗控制的收敛性。设计了单臂机器人的复杂环境自适应力控制框图,以及双臂机器人控制模式下对应于不同刚度物体的夹取内力控制框图。通过Simulink与ADAMS联合仿真,结果表明单臂机器人在变位置和变刚度情况下,自适应阻抗模型对恒定力、斜坡力和正弦力均有很好的跟踪效果。双臂控制模式下,对不同刚度的物体可以很好地控制其协作内力。     

变规则模糊控制及其在逆变式电阻点焊电源中的应用

研制了一种变规则模糊控制技术,并成功应用于逆变式电阻点焊焊接电流的闭环控制.通过比较常规模糊控制、变规则模糊控制、自适应模糊控制、PID模糊控制、模糊神经网络控制在控制算法复杂性、实现难易程度、运算与响应速度、适应性、控制精度等方面的优势与不足,考虑了电阻点焊焊接电流控制的实际需求.选定变规则模糊控制作为焊接电流调节的控制策略.根据焊接电流误差改变带修正因子模糊控制器中的修正因子,使模糊控制器的控制规则随焊接电流误差变化而变化,结合采取增量A-式输出控制信号,从而使焊接电流控制器的控制性能更符合实际需要.     

直流偏置电流对钴基非晶带环形磁芯巨磁阻抗效应的影响

将近零磁致伸缩系数的Co66.3Fe3.7Si12B18非晶薄带卷成环形后,在200Gs横磁场作用下,用密度为25A/mm2的脉冲电流退火30s,在穿过环形薄带圆心的直流电流产生的圆周磁场作用下的巨磁阻抗效应.激励电流频率f＞100kHz时,阻抗随圆周磁场的变化呈现对称双峰曲线;最大阻抗变化率（GMI）max随频率的升高而增大,当频率f=2MHz,幅值Ip=10mA时,（GMI）max=57%.直流偏置电流改变了非晶带横向磁导率,造成阻抗变化的不对称.偏置电流较小时,阻抗变化曲线的一边峰值得到加强,另一边峰值减弱;偏置电流较大时,两峰值都被削弱.阻抗变化的不对称性与激励电流的频率和直流偏置电流大小有紧密联系.     

基于变阻尼阻抗控制的机器人接触力跟踪研究

针对工业机器人在接触任务中的柔顺接触问题,提出了一种基于变阻尼阻抗控制的接触力跟踪方法。首先,根据阻抗控制和一阶环境模型,分析接触力稳态误差与阻抗模型参数之间的数学模型;其次,根据PD控制器思想建立机器人接触力误差与阻尼参数的自适应控制率;最后,根据劳斯判据验证控制器稳定性,获取控制器参数稳定范围。实验表明,变阻尼阻抗控制相比于定阻抗控制,具有低超调、零稳态误差和迅速响应等特点,同时能够跟随动态期望力和适应不确定性的环境。     

逆变交流弧焊电源输出变极性过程

设计的逆变交流孤焊电源输出变极性过程是极其快速变化的动态过程。测量这样的电流电压信号，用分流器变换电流信号，用无感电阻分压变换电压信号。设计了3个实验方案，相应地测量了变极性过程的电流电压波形。在比较分析的基础上，得出的结论是：逆变交流孤焊电源二次逆变正反极性控制驱动信号之间设置2μs死区时间最为合理。按照该方案控制，电源输出变极性过程时间为零，变极性之后输出电流电压值最大，有利于AC PMIG电孤变极性之后再引燃。     

WBE技术研究水线区破损涂层的剥离机制

应用阵列电极(WBE)和电化学阻抗谱(EIS)技术,研究了破损涂层在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中的电流分布及阻抗谱,并根据电流分布和涂层阻抗变化探究了破损涂层在水线区的剥离机制。结果表明:人为破损和涂层固有缺陷均对其附近涂层有加速阴极剥离的作用。浸泡初期,缺陷处涂层最先剥离,此后,涂层剥离主要在破损处和缺陷处附近优先发展。并且在水线作用下,缺陷处附近的涂层剥离向水线方向发展。水线上涂层较水线下剥离较晚,其剥离速率主要受水在涂层中的渗透速率控制。     

钴基非晶合金薄带应力阻抗效应的研究

通以高频交变电流的钴基非晶带在弯曲时，由于受到应力作用而具有显著的应力阻抗效应，实验中所用的材料是经过适当脉冲电流退火的钴基非晶合金薄带Co66.3Fe3.7Si12B18。研究了阻抗变化率随非晶带弯曲程度的变化关系以及交流电流幅值和频率对非晶带应力阻抗效应的影响。实验结果表明，在弹性体末端位移为正方向时，非晶带具有负的阻抗变化率，而位移方向为负时，具有正的阻抗变化率，且都随位移的增加而增大。在位移一定的情况下，阻抗变化率随着频率的增加先增大后减小，随电流大小的变化关系也具有这种趋势。     

基于变阻抗的人机协作避障技术研究北大核心

为避开随机出现在协作机器人工作环境中的障碍物,提出了基于变阻抗的人机协作方式实现避障。首先建立了人机协作时机器人末端的阻抗模型,然后在仿真软件中对阻抗模型中的参数进行分析;然后考虑到机器人工作任务的不同,设计了基于接触力和位置的变阻尼阻抗控制策略,并提出了协作系数实现对人机协作过程中主被动角色的确定,同时完成对整个人机协作控制系统的设计;最后设计相关实验,验证所提出的基于变阻抗控制的人机协作避障技术的有效性。     

混合式变刚度磁弹簧力学特性研究北大核心

基于磁通叠加原理,提出一种混合式变刚度磁弹簧,具有刚度快速调节特性,可作为柔性机器人关节的弹性部件。在通入电流时,通过改变电流实现磁弹簧的刚度变化范围的调节;在未通入电流时,机构间只存在永磁磁通,在永磁力作用下可实现弹簧自复位。通过等效磁荷法、间隙磁导法和虚位移法推导出了磁弹簧的轴向磁力解析模型,基于有限元分析确定了线圈-永磁环的最优布置形式,并对机构参数进行了优化设计,使机构的输出刚度变化范围最大化。有限元仿真与模型计算共同表明,轴向磁力与刚度随着气隙变化呈先平缓后急剧增加的非线性关系;输出力和刚度与线圈电流近似线性关系;通过控制电流的大小和方向,可以控制混合式变刚度磁弹簧的刚度增减。     

CO2焊逆变式电源电子电抗的变结构控制仿真研究

介绍了一种适合用于CO2焊逆变式电源的电子电抗变结构控制方法.运用该方法和Matlab仿真工具,建立了电子电抗变结构控制仿真模型,并对电子电抗变结构控制的逆变式电源-电孤动态系统进行仿真.对比线性电子电抗控制和变结构电子电抗控制的不同结果,获得短路阶段电流初始上升率和后期上升率的不同,以及燃弧电流初始下降率和后期下降率的不同的电流波形,有效限制短路峰值电流,提高燃弧能量.试焊结果表明,电子电抗变结构控制的CO2焊逆变式电源对减小焊接飞溅和改善焊缝成形有着明显效果.     

VPPAW工艺的变极性焊接电流受控稳定性

在铝合金的变极性等离子弧焊(variable polarity plasma arc welding,VPPAW)工艺中,变极性焊接电流的受控稳定性是确保焊接成形质量的前提. 然而,等离子电弧形态会随焊接电流极性的切变而变化,使得等离子电弧作为VPPAW电源的输出负载具有显著的非线性特性,常规比例积分微分(proportional integral derivative, PID)控制策略无法确保VPPAW电源输出电流波形畸变,而输出焊接电流波形的畸变又会进一步加剧电弧负载的非线性特性,降低变极性焊接电流的受控稳定性. 为了改善VPPAW工艺的变极性焊接电流的受控稳定性,研究了常规PID控制策略下铝合金的变极性等离子弧穿孔立向上焊接工艺的焊接电流受控稳定性以及等离子电弧的动态稳定性,引入了模糊控制理论,基于现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)的并行逻辑时序设计方法,设计出了一种具有并行运算能力的模糊PID控制器. 验证试验结果表明,具有并行运算能力的模糊PID控制器能够有效地改善VPPAW工艺的变极性焊接电流波形的受控稳定性.     

变极性TIG焊电弧燃烧稳定性与恒占空比控制

电流换向的快速性和稳定性是影响变极性TIG焊接电弧燃烧稳定性的关键因素，尤其是在小电流变极性TIG焊时，极易出现熄弧和电弧燃烧不稳定问题. 对电流换向期间的电压/电流波形深入分析发现，一次逆变采用基于PID的电流反馈控制获得恒流输出时，在电流换向结束后易产生焊接电流回调现象，小电流焊接时甚至降至零，从而导致电弧熄灭，这与PID控制中的di/dt项密切相关. 提出了一次逆变在电流换向期间采用恒占空比控制新方法. 结果表明，该方法可有效提高换向电流的响应速度，防止换向后的电流回调或超调，增强了变极性电流换向过程的稳定性.     

基于SiC模块的脉冲变极性焊接电源研制

SiC功率器件具备开关速度快、开关损耗低、导通损耗小等优点,有利于进一步提升焊接电源的逆变频率、响应速度,实现电弧能量的精密化控制. 设计了一套脉冲变极性逆变焊接电源,主电路采用双逆变结构,前级高频逆变电路采用SiC模块,后级低频调制逆变电路采用绝缘栅双极型晶体管 IGBT模块;设计了SiC模块驱动电路,实现了快速短路保护及米勒钳位;设计了基于ARM的全数字化控制系统,实现了PWM (pulse width modulation)以及输出电流波形的数字化控制.研制的脉冲变极性焊接电源逆变频率达到100 kHz,额定输出电流为500 A,可实现规整的脉冲变极性波形输出.结果表明,研制的基于SiC模块的脉冲变极性焊接电源能够实现稳定的焊接流程,可通过波形参数的调整有效控制焊接热输入量,获得良好的镁合金焊缝成形.     

基于模糊逻辑算法的点焊恒电流控制系统研究

介绍了一种基于模糊逻辑算法的点焊恒电流控制系统。该系统以80C196KC嵌八式单片机为中心控制器件，以电流误差及误差变化率为输入变量．以晶间管控制角的增量为输出变量,按照模糊逻辑算法实现点焊电流的恒值控制。研究了系统的建立方法及软仲的仿真与改进。试验分析结果表明，该系统对点焊焊接电流的控制精度高，实时性强，能够满足焊接生产要求。     

基于模糊算法的PWM电压环的控制

阐述了PWM整流器、电压外环、电流内环的双闭环控制结构,指出了电流内环和电压外环的控制作用。为了提高控制性能,采用了模糊算法设计电压环的电压控制器。研究了电压误差模糊变量e、电压误差变化率模糊变量ce和模糊控制器输出模糊变量△μ不同的隶属度函数分布,对控制性能的影响,通过仿真实验,证明了电压外环采用模糊控制是可行的、有效的,可以改善电压外环控制的性能。     

MIG焊熔宽模糊控制系统

大双波长滤光片正面实时检测焊缝熔宽技术的基础上建立了焊缝熔宽模糊控制系统。本文对熔宽模糊控制器的结构以及模糊控制变量的选择进行了讨论,在此模糊控制系统中采用双输入单输出的模糊控制器模型,即采用迷惑宽的变化及其变化率作为模糊控制器的两输入量,采用焊接电流作为模糊控制器的输出量。本文给出了熔宽模糊控制系统结构图并详细介绍了熔宽模糊控制器的设计过程,根据用双波长滤光片正面实时检测焊缝熔宽技术得到的焊接电     

发展中的变极性焊接电源技术

变极性电源是一种用于铝合金焊接的新型焊接电源，其焊接电流频率和正负半波电流幅值，时间比可以分别独立调节，输出电源过零极快，因此电弧稳定性得到大大改善。在保证阴极清理作用的前提下，可以最大限度地减少钨极的烧损。目前主要应用于TIG焊和PAW焊中，和焊接铝及铝合金。随着电弧信息测控技术的不断进步，将加深对变极性焊接过程的认识，促进变极性焊接电源的发展和应用。     

Development of a newly structured variable preload control device for a spindle rolling bearing by using an electromagnet

For high speed and high efficiency machining, the spindle of modern machine tools simultaneously requires high speed and high stiffness characteristics, and its range of use rotation is becoming wider. Both heavy cutting at low speed and light cutting at high speed must be carried out successively in series with a single machine tool spindle. As such, many studies are being carried out on variable preload control methods that apply a preload to a spindle rolling bearing, as an alternative to the existing fixed position preload and constant pressure preload methods. This paper introduces a newly structured variable preload control device that can arbitrarily adjust the preload applied to spindles employing a rolling bearing. The device controls the coil current on an electromagnet and thereby uses the magnetic force between the electromagnet and a magnetic substance to arbitrarily control the preload applied to the rolling bearing during operation. A prototype for the variable preload control device of the proposed structure was created and a functionality test was then carried out with a test bench prepared using a load cell. The operating principle of the proposed device was verified and the interrelationships between the coil current on the electromagnet and the preload applied to rolling bearing were analyzed through the functionality test. Lastly, the fabricated variable preload control device was applied to a prototype of a spindle system, and a rigidity test was carried out. The test results confirmed that the variable preload control device operates properly and smoothly.