One-knob self-optimizing fuzzy control of CO_2 arc welding process

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｓｗｅｋｎｏｗ ,ｔｈｅＣＯ2 ａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｈａｓｍａｎｙｗｅｌｄ ｉｎｇｖａｒｉａｂｌｅｓａｎｄａｄｊｕｓｔａｂｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ.Ｗｈｅｎｔｈｅｓｅｖａｒｉａｂｌｅｓａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｎｎｏｔｂｅｃｏｏ     

细丝CO2自动焊机的单片机智能控制系统

针对目前细丝ＣＯ２焊自动焊机焊接电流和电弧电压－之间存在非线性调节关系,利用人工调节很难使两者达到最佳匹配的难点,研究了一种以１６位８０Ｃ１９６ＫＣ数字单片机为核心器件,通过自主开发的软件自动实现电弧电压与焊接电流最传真匹配的智能控制系统。系统设计了旨在补偿电弧电压寻优过程中焊接电流念头的模糊控制器,同时采髟优选法自动对电弧电压进行夺电流值下的以实现最高短路过渡频率为目标的自寻优。     

CO2短路过渡焊电弧电压自寻优模糊控制系统

CO2 短路过渡焊机一元化控制是通过单旋钮将影响短路过渡频率的主要规范参数电弧电压和焊接电流有机结合在一起 ,通过单旋钮调节焊接电流 ,电弧电压随电流相应变化 ,形成最佳匹配而获得最高短路过渡频率。但由于CO2 短路过渡过程目前尚难以用精确数学模型来描述 ,所以通过一般控制方法所实现的一元化控制并未真正实现单旋钮调节。针对这一不足 ,研究了一种以 16位 80C196KC数字单片机为核心器件通过软件方式实现的CO2 短路过渡焊电弧电压自寻优模糊控制系统。系统以操作者所选择的焊接电流为唯一设定参数 ,自动对电弧电压进行以实现最高短路频率为目标的自寻优 ,可使此类焊机实现真正单旋钮调节为特征的一元化控制     

Correction factor based double model fuzzy logic control strategy of arc voltage in pulsed MIG welding

0Introduction Improvedstabilityofweldingarclengthhasbecome increasinglyimportantforhigherweldingquality.Thesta bilityofweldingarclengthisdependentontwoaspects: oneistheintrinsicself adjustmentofarc,anotheristhe effectoftheweldingconditionparametersandthe…     

基于反翘电压的脉冲穿孔等离子弧焊熔透控制系统

采用无源探针检测系统从脉冲穿孔等离子弧焊的反翘电压信号中实时、准确、便捷地提取了熔池熔透信息.并以此作为反馈信号,以每个脉冲周期小孔存在时间作为被控制量,脉冲峰值电流作为控制量,采用MATLAB模糊逻辑工具箱进行熔透控制器的设计与仿真,以查表法完成了模糊控制系统的开发.结果表明,该系统可以在脉冲穿孔等离子弧焊接中实现"一脉一孔"过程,不仅保证了连续、稳定、可靠的穿孔焊接过程,而且可以得到良好的焊缝成形.     

Study on self-optimizing function for intelligent control of CO2 welding

0　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｔｐｒｅｓｅｎｔ,ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ,ｓｏｍｅｎｅｗｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｗｅｌｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄ[1～3],ｗｈｉｃｈｐｒｅｖｅｎｔｓａｇｏｏｄｈａｒｄｗａｒｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｗｅｌｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ.Ｔｈｅｒｅｆ…     

CO_2气体保护焊逆变电源闭环控制系统

建立了CO2气体保护焊焊接负载数学模型及相关电源—负载系统仿真模型;采用燃弧末期恒压控制、其余阶段表面张力过渡(surface tension transition,STT)电流波形控制的焊接逆变电源闭环控制结构,设计了焊接电流和电弧电压的模糊神经元PI控制器,构建了CO2焊接逆变电源控制系统仿真平台.结果表明,所设计的闭环控制结构和控制算法能使焊接电流更接近理想的STT电流波形,可改善焊缝成形质量、实现无飞溅过渡;燃弧末期电弧电压恒定,可使电弧有更好的自调节特性.     

CO2弧焊电流波形的多参数自寻优智能控制

研究并提出了一种CO2气体保护焊电流波形的多参数自寻优智能控制法,电流波形的模糊寻优计及弧焊过程特征参数的综合影响,并在表征短路过渡综合性能的特征综合值作为弧焊过程定量评价和目标实时寻优的函数。在波控参数基值的基础上,基于综合性能寻优过程采用三级模糊调节算法,对电流波形参数分步调节寻优。该法实际上将双输入三输出式的波控参数模糊控制系统化为多路,开关性的双输入单输出式的模糊控制,通过短路及燃弧初始阶段的电流波形控制参数的模糊自寻优,逐步使波控参数和焊接规范参数达到和谐匹配,以实现焊接过程熔滴的稳定可控过渡,改善焊接过程的综合性能。     

CO2半短路过渡焊电弧电压自寻优智能控制

针对细丝短路过渡焊,采用以实现最高短路过渡频率为目标的自寻优模糊控制,可以使电弧电压与唯一设定值焊接电流形成优化匹配获得最高短路过渡频率,达到稳定熔滴过渡、减少飞溅和改善成形的目的.但试验发现这一控制策略用于半短路过渡焊,则无论电流选多大,电弧电压常维持在20V左右,所焊焊缝熔宽窄,余高大,熔深浅.显然,对于半短路过渡焊的电弧电压仍采用以实现最高短路过渡频率为寻优目标的控制策略是不够全面的.针对这一情况,研制了一种以可编程控制器(PLC)为核心器件,通过自主开发软件自动实现对半短路过渡焊电弧电压寻优的智能控制.系统以实现较高短路频率和较长燃弧占空比为复合寻优目标,对电弧电压进行优选法和变步长法分段自寻优,寻优后的电弧电压与设定的焊接电流形成优化匹配,获得稳定的半短路过渡过程.     

基于DSP的脉冲GMAW焊数字化控制系统

针对脉冲GMAW焊工艺要求,采用32位数字信号处理器TMS320F2812建立了基于DSP的数字化控制系统,实现了电流和弧长的双闭环全数字控制,取得了良好的控制性能.控制系统利用DSP内部集成的PWM产生模块,通过选择合适的工作方式实现了软开关主电路四路移相PWM信号的直接数字化控制.给出了系统控制原理及程序流程图,脉冲峰值和基值阶段采用变参数的数字PI控制,使得电流快速跟随给定信号,同时采用模糊控制方法对弧长进行闭环控制.结果表明,所设计的脉冲GMAW焊全数字控制系统满足设计要求,输出电流波形一致性好,可以实现快速、稳定的弧长调节,焊接过程稳定,焊缝成形美观.     

逆变弧焊机电弧推力自适应控制系统

在焊接电流确定的条件下,引弧瞬间的焊机输出电压反映了焊接电缆长度、截面积以及连接情况等重要信息。本研究装置是基于MC68HC11单片机控制的逆变焊机电弧推力自适应的控制系统,首先通过对引弧瞬间焊机输出电压的实时检测,实现了电弧推力拐点电压随焊接电流及焊接电缆长度,截面积等改变而自动;然后通过对焊接电弧 实时检测与模糊处理控制焊机的输出电流,从而使MMA手工电弧焊的以推力控制具有很强的自适应能力。     

基于模糊控制的焊缝自动跟踪系统的设计

为了提高CO2气体保护焊的自动化水平,研制了用于CO2气体保护焊的电弧传感焊缝跟踪系统.采用TMS320F240数字信号处理器作为CO2焊接电源和焊接摆动器的控制核心.CO2焊接电源采用IGBT全桥逆变主电路,根据电弧电压、电流反馈信号进行PID逻辑运算,据此调节PWM的脉冲宽度,使得逆变焊接电源具有恒压电源外特性.采用参数自调整模糊控制器对焊接电流信号分析,获得步进电机的调整步数和调整方向.设计了焊缝跟踪的执行机构焊接摆动器.实验证明,系统实现了0°到8°偏角以内的焊缝跟踪.     

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.     

Determining the boundaries of globular-to-spray transfer in robotic GMAW

Robotic gas metal arc welding （GMAW） experiments were conducted using an ERTOS-1 electrode with Ar ＋ 10% CO2 shielding gas, and the welding current and arc voltage signals were collected by a data acquisition system. The boundaries between globular transfer and spray transfer in terms of the welding current and arc voltage were determined according to the waveform of electric signals and the Fourier transform results of arc voltage. The optimum welding parameters for the two transfer modes were obtained, which laid a foundation for the numerical simulation and control of GMAW process.     

广东省自然科学基金资助项目（S2012010009058）；深圳市基础研究基金资助项目（JCYJ20140509172609165）；深圳市科技应用示范资金资助项目（KJYY20140530172729046）

在阐述弧焊机器人焊接工艺的电弧特性的基础上,分析了电弧长度控制系统的原理,采用模块化建模思想建立弧焊机器人电弧控制系统模型。基于所建模型进行了焊接机器人恒压、恒流送丝模型集成、仿真与分析,通过对比普通PID控制算法和增益调整型模糊PID控制算法在弧焊机器人弧长控制中的效果的基础上,提出了一种有效的焊接机器人恒压、恒流送丝的控制算法。所建模型和弧长控制算法的研究对于弧焊机器人熔池深度智能化过程控制的进一步深入研究具有一定的参考价值。     

高速短路过渡气体保护焊控制及工艺

在数字控制绝缘栅极晶体管逆变电源平台基础上,研究了短路过渡高速焊接工艺的参数匹配和波形控制规律.在焊接电流相同的条件下,随着焊接速度提高,最佳匹配电压逐渐降低.且硬特性的电弧可以在较低的电弧电压下具有良好的稳定性,适合高速焊接工艺.研究了燃弧电压下降速度和焊接热输入以及电弧稳定性之间的关系,降低燃弧电压下降速度可以提高焊接电弧能量,但应当使电弧电压调节到稳定值所需的时间略小于该工艺参数下的燃弧平均时间.结果表明,当焊接速度为1.5m/min时,焊缝外观美观,熔透均匀,符合集装箱侧板对接焊的质量要求.     

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     

智能化CO2焊机的自寻优控制器

基于熔滴过液过程性能的综合评判和一元化自寻优控制系统的程序协调模式,研究了智能化CO2焊机的一元化自寻优的模糊协调控制器。试验表明,该控制器及其自寻优协调模式能够反映CO2弧焊过程的本质,克服短路过渡频率或弧压等单指标作为寻优目标函数的不足,明显地改善焊接过程的综合性能。     

GMAW-P频率特性复合弧长适应控制法

为了提高GMAW-P焊接弧长控制的调节速度,减少弧长调节过程中脉冲频率、焊接电流的波动范围,提出了基于DSP数字控制脉冲熔化极气体保护焊接电源采用频率一特性复合弧长适应控制法.在焊接过程中通过实时采集电弧电压信号、焊接电流信号,当弧长发生扰动时,在当前脉冲周期内,以基值时间和给定电压为控制量,从而保证在弧长调节过程中脉冲频率的变化较小.台阶试验和爬坡试验表明,此控制方法的弧长调节过程快速、稳定,焊接电流、脉冲频率波动范围小,焊机具有良好的弧长调节性能.     

参数自调整模糊控制器设计及其Matlab仿真

为提高弧焊焊缝跟踪系统的动态性能和稳态精度,设计了参数自调整模糊控制器.介绍了弧焊焊缝跟踪系统的结构,在此基础上根据二维模糊控制器的结构组成,设计了参数自调整模糊控制器结构.在大量试验和对焊缝跟踪系统理论分析的基础上选择了其论域;选择了进行模糊化处理的量化因子与比例因子;设计参数调整器.其次,建立系统仿真模型.编写C ...