弧焊机器人电弧长度控制建模仿真与算法优化研究

发布时间：2017-05-16 07:05

  本文关键词：弧焊机器人电弧长度控制建模仿真与算法优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对传统劳动密集型的人工焊接方法所带来劳动力成本问题、产品质量问题和安全健康问题,引入焊接自动化技术对于改善焊接作业环境、提高生产率和保护操作人员安全有着重要作用。其中,焊接机器人技术是目前自动化程度最高,技术最为复杂的焊接自动化技术。本文以提高弧焊机器人焊接动态过程中电弧长度的稳定性、改善机器人焊接中焊缝成形的质量和熔池深度稳定为目的,开展弧焊机器人电弧长度控制算法研究以及弧长闭环控制系统设计。首先阐述和分析了弧焊机器人焊接工艺的熔滴过渡和电弧特性等特点,分析了电弧长度控制系统的原理。然后根据模块化建模思想建立弧焊机器人电弧控制系统模型,并在Matlab/Simulink仿真环境中搭建仿真模型,通过模型仿真分析了传统控制方法所带来焊接过程中的电弧参数波动,得到了需要维持电弧长度稳定所需要的送丝速度变化规律曲线。然后利用模型进行了PID控制算法和增益调整型模糊PID控制算法研究,并且利用遗传算法对两种算法的控制参数进行优化,通过分析不同控制算法在最优控制参数的情况下所能达到的最佳控制效果,来选取适用于弧焊作业电弧长度控制的算法。最后设计了以DSP为核心的数字化弧焊机器人闭环电弧长度控制系统,并且利用该系统进行相关控制算法实验。实验过程中,对表征电弧长度的电弧电压采集进行观察分析,实验结果表明利用增益调整型模糊PID控制算法的在线自适应控制参数调节功能进行电弧长度控制时,其控制效果明显优于采用单一参数的传统PID控制方法。另一方面,本文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。
【关键词】：机器人 弧长控制 PID控制 模糊控制 遗传算法
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG409;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 论文课题来源及研究目的9
• 1.2 课题研究背景及意义9-11
• 1.3 弧焊机器人国内外发展与弧长控制技术研究动态11-13
• 1.3.1 弧焊机器人国内外发展情况11-12
• 1.3.2 弧长控制方法国内外研究动态12-13
• 1.4 研究方案与论文主要内容13-16
• 1.4.1 课题研究方案13-15
• 1.4.2 课题主要特点及论文内容安排15-16
• 第2章 机器人焊接工艺特性分析16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 弧焊机器人控制系统16-18
• 2.3 熔化极气体保护焊特性分析18-23
• 2.3.1 熔滴过渡形式19-20
• 2.3.2 焊接电弧特性分析20-21
• 2.3.3 电弧长度对焊接质量的影响21-23
• 2.4 弧长控制原理23-25
• 2.4.1 恒速送丝弧长控制原理23-24
• 2.4.2 变速送丝弧长控制原理24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 弧焊机器人弧长控制模型建立与仿真26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 坡口扫描模块26-29
• 3.3 焊接电弧模块29-31
• 3.4 焊接电源模块31-32
• 3.5 恒电压等速送丝机器人焊接模型集成、仿真与分析32-34
• 3.6 恒电流变速送丝机器人焊接建模与分析34-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第4章 弧焊机器人弧长控制算法研究37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 基于PID算法的弧长控制器设计与仿真37-42
• 4.2.1 PID控制简介38-39
• 4.2.2 PID弧长控制器设计39-42
• 4.3 增益调整型模糊PID弧长控制算法研究42-48
• 4.3.1 模糊PID控制简介42-43
• 4.3.2 基于误差驱动的增益调整型模糊PID控制器设计43-46
• 4.3.3 弧焊机器人模糊PID弧长控制系统仿真46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 基于遗传算法的弧长控制策略参数优化49-60
• 5.1 引言49
• 5.2 遗传算法简介49-51
• 5.3 PID控制算法参数优化设计与仿真51-54
• 5.4 增益调整型模糊PID的遗传算法优化与仿真54-59
• 5.4.1 增益调整型模糊PID的编码方法54-56
• 5.4.2 基于量化因子优化的模糊PID编码方法56-57
• 5.4.3 模糊PID优化结果与仿真分析57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第6章 基于DSP的数字化弧长控制实验平台设计60-69
• 6.1 引言60
• 6.2 实验系统搭建方案60-62
• 6.3 功能模块硬件设计62-66
• 6.4 实验与分析66-68
• 6.5 本章小结68-69
• 第7章 总结与展望69-71
• 7.1 总结69
• 7.2 展望69-71
• 参考 文献71-74
• 附录74-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间获得的成果79-80

【参考文献】

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  本文关键词：弧焊机器人电弧长度控制建模仿真与算法优化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：370134