旁路耦合电弧增材制造过程中MIMO解耦控制

发布时间：2022-06-28 08:59

　　电弧增材制造在堆垛成形零件上有着明显的优势,然而在堆垛过程中热量的积累以及焊接高度和送丝速度的变化都给增材制造的过程带来很大的困扰,堆垛过程中的塌陷也是非常棘手的问题。本文主要针对在堆垛过程中出现的焊接高度及送丝速度等的因素进行控制及塌陷问题的改善进行了理论分析与试验探究。首先,通过以xPC Target为环境背景建立旁路耦合电弧焊系统。通过试验测量电压和电流与焊接高度和送丝速度的关系。建立MIMO闭环控制系统,研究三维焊接快速成形堆垛过程中旁路电流与电压的控制模型与方法。结合MATLAB/Simulink软件进行建模与仿真,进行焊接过程中送丝速度和焊接高度的监测与控制。然后,在MIMO闭环控制系统的基础上加入自动启熄弧控制。通过脉冲信号的变化实现焊接过程中的自动启熄弧控制,研究旁路耦合电弧增材制造过程中堆垛层边缘塌陷问题。其次,通过分析MIMO闭环控制和自动启熄弧控制系统中的送丝速度和焊接高度的耦合关系,明确其与可控量（焊接电流、电压）之间的匹配关系,建立全耦合条件下的模型,通过MATLAB/Simulink软件进行建模与仿真,研究解耦控制下焊接电流、电压和送丝速度的变化及堆垛成形的... 

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 电弧增材制造技术的发展现状
        1.2.1 电弧增材制造的发展
        1.2.2 解耦控制的发展与现状
    1.3 本文研究的主要内容及课题来源
        1.3.1 本文研究的主要内容
        1.3.2 课题来源
第2章 试验系统
    2.1 旁路耦合电弧焊试验系统
    2.2 快速原型系统
        2.2.1 快速原型的基本理论
        2.2.2 xPC下的快速原型系统的实现
    2.3 多层堆垛试验
    2.4 本章小结
第3章 MIMO闭环控制系统
    3.1 MIMO闭环控制系统的建立
        3.1.1 硬件系统
        3.1.2 MIMO闭环控制系统参数的确定
        3.1.3 MIMO闭环控制系统程序
    3.2 MIMO闭环控制系统的堆垛试验
        3.2.1 单道焊缝试验
        3.2.2 十字堆垛试验
    3.3 本章小结
第4章 旁路耦合电弧焊的自动启熄弧控制
    4.1 自动启熄弧控制系统的建立
        4.1.1 试验系统组成
    4.2 旁路耦合电弧增材制造试验
        4.2.1 MIMO闭环控制系统的堆垛试验
        4.2.2 自动启熄弧增材制造试验
    4.3 本章小结
第5章 MIMO解耦控制
    5.1 多变量解耦控制
        5.1.1 前置补偿法
        5.1.2 反馈补偿法
        5.1.3 MIMO闭环控制的解耦控制
    5.2 解耦控制下的堆垛成形试验
        5.2.1 解耦控制下的焊缝成形试验
        5.2.2 解耦控制下的十字焊缝成形试验
        5.2.3 解耦控制下的多层堆垛试验
    5.3 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]金属增材制造技术轻量化应用研究进展[J]. 刘景博,刘世锋,杨鑫,李安,时明军,张光曦,张智昶,韩松.  中国材料进展. 2020(02)
[2]增材制造技术——现状与未来[J]. 卢秉恒.  中国机械工程. 2020(01)
[3]PIDN自适应抗扰解耦控制器[J]. 葛锁良,盛锐.  制造业自动化. 2019(12)
[4]丝材+电弧增材制造钛/铝异种金属反应层的研究[J]. 田银宝,申俊琦,胡绳荪,勾健.  金属学报. 2019(11)
[5]基于STM32F407的全数字化等离子弧焊电源控制技术[J]. 卢振洋,余旭,李方,陈树君.  焊接. 2019(04)
[6]金属增材制造的现状与发展[J]. 樊恩想,刘小欣,廖文俊,付超,苏青.  机械制造. 2019(04)
[7]电弧焊接过程熔深PID自适应控制研究[J]. 张为民,石永华.  自动化仪表. 2018(10)
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[9]航空航天轻质金属材料电弧熔丝增材制造技术[J]. 李权,王福德,王国庆,曾晓雁,罗志伟,马存强,张磊.  航空制造技术. 2018(03)
[10]基于RBF网络逆辨识的LF炉电极系统控制策略[J]. 胡贵妹,张世峰,张祝威,程曾婉,陈威.  荆楚理工学院学报. 2017(06)

硕士论文
[1]微束等离子弧焊电弧物理过程的研究[D]. 王晓霞.上海工程技术大学 2016
[2]变水量空调系统智能解耦控制研究[D]. 於仲义.华中科技大学 2004



本文编号：3653923