基于磁控电弧实时焊缝跟踪的滑模变结构控制研究

发布时间：2017-09-26 16:16

  本文关键词：基于磁控电弧实时焊缝跟踪的滑模变结构控制研究

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【摘要】：目前我国焊接自动化水平相对较低,大部分焊接作业仍采用传统的手工焊与半自动焊,实现焊接自动化与智能化于每个焊接科研工作者而言仍然是任重而道远的目标。提高焊接自动化和智能化,第一要务就是实现焊缝自动跟踪。目前常用的焊缝跟踪方法应用于实际生产中仍然存在许多不足,主要问题如下:控制系统比较复杂且性价比低、滤波效果与参数调节柔性无法兼顾、相位延时导致跟踪不及时、对工作环境要求高等,急需开发研究一种高性价比的实时焊缝跟踪方法,目前磁控电弧实时焊缝智能跟踪方法具有解决以上问题的潜质,因此深入研究它意义重大。本文利用磁控电弧传感器提取偏差信号,将信号实时处理、焊缝偏差预测、切线拟合思想和滑模变结构相结合实现焊缝自动跟踪控制,进一步完善了基于磁控电弧传感的焊缝自动跟踪理论体系。1、优化了磁控电弧传感器,建立了扫描V型坡口的模型并且通过仿真及实验验证了该模型的正确性。针对CO2气体、磁极间距对摆弧以及温度对磁场的影响,改进了磁控电弧传感器,同时详细阐述了其跟踪的原理,建立了电弧扫描V型坡口的模型,通过仿真验证了其理论可行性,并且在摆动频率为3Hz,4Hz,5Hz,6Hz的情况下,进行了磁控电弧焊缝跟踪坡口特征信号的提取,证明了电弧扫描V型坡口模型的正确性与磁控电弧传感器应用于焊缝自动跟踪具有较大的潜力。2、采用了两种实时信号处理方法对磁控摆动电弧信号进行滤波处理,并对比阐述了两者的优劣性。针对磁控电弧焊缝跟踪信号非线性不平稳等特点,提出一种基于匹配追踪和非参数基函数相结合的磁控电弧焊缝跟踪特征信号提取方法;同时,采用小波降噪实时处理霍尔传感器提取的电压信号。两种方法同时满足提取焊缝跟踪特征信号的基本要求,小波降噪应用较广,各方面发展较成熟,但是以Fourier分析为理论依据,显得柔性不足。3、结合切线拟合的思路和滑模变结构控制方法提出了动态焊缝切线法,通过仿真结果验证了该方法的理论可行性。在实时信号处理的基础上,结合焊缝偏差预测,切线拟合思想和滑模变结构控制方法提出了动态焊缝切线法。根据确定的最佳偏差信息,利用“切线拟合”的模型确定小车的偏转角度,然后采用滑模变结构控制方法快速调整焊接小车或滑块或滑块和焊接小车,在快速实现焊缝跟踪的同时有效的防止了抖动。4、通过实验验证动态焊缝切线法结合磁控电弧传感应用于角焊缝自动跟踪的可行性。最后,在自主搭建的焊缝跟踪平台上,将信号实时处理,偏差预测,切线拟合和滑模变结构相结合实现了角焊缝弯曲焊缝的自动跟踪。
【关键词】：磁控电弧 传感器 实时 焊缝跟踪 滑模变结构
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG409
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 焊缝跟踪传感器的概述12-14
• 1.3 弧焊跟踪研究状况14-16
• 1.3.1 国外研究概况14-15
• 1.3.2 国内研究概况15-16
• 1.4 跟踪信号滤波现状16-18
• 1.5 焊缝跟踪控制研究现状18-20
• 1.5.1 经典控制于焊接中的应用18-19
• 1.5.2 焊接中模糊控制的应用19
• 1.5.3 焊接中神经网络的应用19
• 1.5.4 焊接中专家系统的应用19-20
• 1.5.5 焊接中复合控制的应用20
• 1.5.6 焊接中变结构控制的应用20
• 1.6 本论文研究的主要内容20-21
• 1.7 本论文的研究方法21-22
• 第2章 磁控电弧跟踪机理和其坡口扫描模型22-38
• 2.1 电弧传感原理简述22-23
• 2.2 弧焊跟踪系统组成23
• 2.3 磁控电弧传感23-29
• 2.3.1 磁控传感器优化24-25
• 2.3.2 励磁电源设计25-27
• 2.3.2.1 电源波形的选择25-26
• 2.3.2.2 电源设计26-27
• 2.3.3 定位原理27-29
• 2.3.3.1 定位电路的设计27-28
• 2.3.3.2 采集信号的位置确定28-29
• 2.4 磁控电弧扫描V坡口的数学仿真及验证29-33
• 2.4.1 数学模型建立29-31
• 2.4.2 仿真模型的建立31-33
• 2.4.2.1 弧长模型31-32
• 2.4.2.2 电源-电弧传感模型32-33
• 2.4.2.3 系统整体仿真模型33
• 2.5 仿真结果33-35
• 2.6 实验结果35-37
• 2.7 本章小结37-38
• 第3章 电弧传感的实时信号处理38-45
• 3.1 小波实时降噪38-39
• 3.2 基于匹配追踪与非参数基函数的坡口跟踪特征提取方法39-42
• 3.2.1 匹配追踪算法基本原理39
• 3.2.2 基于非参数基函数的特征提取原理39-41
• 3.2.3 MP-NBFE方法的实现41-42
• 3.3 MP-NBFE方法的仿真实验分析42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 基于动态焊缝切线法的弯曲焊缝跟踪45-55
• 4.1 移动机器人系统组成45-46
• 4.2 动态焊缝切线法基本原理46-49
• 4.2.1 焊缝偏差预测47-49
• 4.2.2 预测值的修正49
• 4.3 动态焊缝切线法控制模型49-52
• 4.4 仿真模型的建立52
• 4.5 仿真结果分析52-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第5章 实验结果分析55-61
• 5.1 实验条件与目的55-58
• 5.1.1 实验条件55-57
• 5.1.1.1 磁控平台56
• 5.1.1.2 DSPIC30F5015主控芯片56-57
• 5.1.1.3 驱动控制电路部分57
• 5.1.2 实验目的57-58
• 5.2 实验结果58-60
• 5.2.1 信号提取与处理58-59
• 5.2.2 焊缝跟踪实验结果59-60
• 5.3 本章总结60-61
• 结论与展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的论文67-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 黎文航;王加友;杨峰;何艺;孟晶晶;;窄间隙焊缝跟踪旋转电弧电流平均值传感法比较研究[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2009年03期

2 陈海军;张华;;气幕式旋转电弧传感器结构设计[J];机电技术;2011年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 郭昌荣;实用激光焊缝视觉传感器的优化设计[D];南昌大学;2007年

2 徐坤刚;旋转电弧水下焊接工艺的研究[D];南昌大学;2009年

3 杨学道;基于DSP电弧传感信号实时小波降噪系统的研究[D];湘潭大学;2012年

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本文编号：924497