本文關(guān)鍵詞：基于磁控電弧實時焊縫跟蹤的滑模變結(jié)構(gòu)控制研究

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【摘要】：目前我國焊接自動化水平相對較低,大部分焊接作業(yè)仍采用傳統(tǒng)的手工焊與半自動焊,實現(xiàn)焊接自動化與智能化于每個焊接科研工作者而言仍然是任重而道遠的目標(biāo)。提高焊接自動化和智能化,第一要務(wù)就是實現(xiàn)焊縫自動跟蹤。目前常用的焊縫跟蹤方法應(yīng)用于實際生產(chǎn)中仍然存在許多不足,主要問題如下:控制系統(tǒng)比較復(fù)雜且性價比低、濾波效果與參數(shù)調(diào)節(jié)柔性無法兼顧、相位延時導(dǎo)致跟蹤不及時、對工作環(huán)境要求高等,急需開發(fā)研究一種高性價比的實時焊縫跟蹤方法,目前磁控電弧實時焊縫智能跟蹤方法具有解決以上問題的潛質(zhì),因此深入研究它意義重大。本文利用磁控電弧傳感器提取偏差信號,將信號實時處理、焊縫偏差預(yù)測、切線擬合思想和滑模變結(jié)構(gòu)相結(jié)合實現(xiàn)焊縫自動跟蹤控制,進一步完善了基于磁控電弧傳感的焊縫自動跟蹤理論體系。1、優(yōu)化了磁控電弧傳感器,建立了掃描V型坡口的模型并且通過仿真及實驗驗證了該模型的正確性。針對CO2氣體、磁極間距對擺弧以及溫度對磁場的影響,改進了磁控電弧傳感器,同時詳細(xì)闡述了其跟蹤的原理,建立了電弧掃描V型坡口的模型,通過仿真驗證了其理論可行性,并且在擺動頻率為3Hz,4Hz,5Hz,6Hz的情況下,進行了磁控電弧焊縫跟蹤坡口特征信號的提取,證明了電弧掃描V型坡口模型的正確性與磁控電弧傳感器應(yīng)用于焊縫自動跟蹤具有較大的潛力。2、采用了兩種實時信號處理方法對磁控擺動電弧信號進行濾波處理,并對比闡述了兩者的優(yōu)劣性。針對磁控電弧焊縫跟蹤信號非線性不平穩(wěn)等特點,提出一種基于匹配追蹤和非參數(shù)基函數(shù)相結(jié)合的磁控電弧焊縫跟蹤特征信號提取方法;同時,采用小波降噪實時處理霍爾傳感器提取的電壓信號。兩種方法同時滿足提取焊縫跟蹤特征信號的基本要求,小波降噪應(yīng)用較廣,各方面發(fā)展較成熟,但是以Fourier分析為理論依據(jù),顯得柔性不足。3、結(jié)合切線擬合的思路和滑模變結(jié)構(gòu)控制方法提出了動態(tài)焊縫切線法,通過仿真結(jié)果驗證了該方法的理論可行性。在實時信號處理的基礎(chǔ)上,結(jié)合焊縫偏差預(yù)測,切線擬合思想和滑模變結(jié)構(gòu)控制方法提出了動態(tài)焊縫切線法。根據(jù)確定的最佳偏差信息,利用“切線擬合”的模型確定小車的偏轉(zhuǎn)角度,然后采用滑模變結(jié)構(gòu)控制方法快速調(diào)整焊接小車或滑塊或滑塊和焊接小車,在快速實現(xiàn)焊縫跟蹤的同時有效的防止了抖動。4、通過實驗驗證動態(tài)焊縫切線法結(jié)合磁控電弧傳感應(yīng)用于角焊縫自動跟蹤的可行性。最后,在自主搭建的焊縫跟蹤平臺上,將信號實時處理,偏差預(yù)測,切線擬合和滑模變結(jié)構(gòu)相結(jié)合實現(xiàn)了角焊縫彎曲焊縫的自動跟蹤。
【關(guān)鍵詞】：磁控電弧 傳感器 實時 焊縫跟蹤 滑模變結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG409
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 焊縫跟蹤傳感器的概述12-14
• 1.3 弧焊跟蹤研究狀況14-16
• 1.3.1 國外研究概況14-15
• 1.3.2 國內(nèi)研究概況15-16
• 1.4 跟蹤信號濾波現(xiàn)狀16-18
• 1.5 焊縫跟蹤控制研究現(xiàn)狀18-20
• 1.5.1 經(jīng)典控制于焊接中的應(yīng)用18-19
• 1.5.2 焊接中模糊控制的應(yīng)用19
• 1.5.3 焊接中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用19
• 1.5.4 焊接中專家系統(tǒng)的應(yīng)用19-20
• 1.5.5 焊接中復(fù)合控制的應(yīng)用20
• 1.5.6 焊接中變結(jié)構(gòu)控制的應(yīng)用20
• 1.6 本論文研究的主要內(nèi)容20-21
• 1.7 本論文的研究方法21-22
• 第2章 磁控電弧跟蹤機理和其坡口掃描模型22-38
• 2.1 電弧傳感原理簡述22-23
• 2.2 弧焊跟蹤系統(tǒng)組成23
• 2.3 磁控電弧傳感23-29
• 2.3.1 磁控傳感器優(yōu)化24-25
• 2.3.2 勵磁電源設(shè)計25-27
• 2.3.2.1 電源波形的選擇25-26
• 2.3.2.2 電源設(shè)計26-27
• 2.3.3 定位原理27-29
• 2.3.3.1 定位電路的設(shè)計27-28
• 2.3.3.2 采集信號的位置確定28-29
• 2.4 磁控電弧掃描V坡口的數(shù)學(xué)仿真及驗證29-33
• 2.4.1 數(shù)學(xué)模型建立29-31
• 2.4.2 仿真模型的建立31-33
• 2.4.2.1 弧長模型31-32
• 2.4.2.2 電源-電弧傳感模型32-33
• 2.4.2.3 系統(tǒng)整體仿真模型33
• 2.5 仿真結(jié)果33-35
• 2.6 實驗結(jié)果35-37
• 2.7 本章小結(jié)37-38
• 第3章 電弧傳感的實時信號處理38-45
• 3.1 小波實時降噪38-39
• 3.2 基于匹配追蹤與非參數(shù)基函數(shù)的坡口跟蹤特征提取方法39-42
• 3.2.1 匹配追蹤算法基本原理39
• 3.2.2 基于非參數(shù)基函數(shù)的特征提取原理39-41
• 3.2.3 MP-NBFE方法的實現(xiàn)41-42
• 3.3 MP-NBFE方法的仿真實驗分析42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 基于動態(tài)焊縫切線法的彎曲焊縫跟蹤45-55
• 4.1 移動機器人系統(tǒng)組成45-46
• 4.2 動態(tài)焊縫切線法基本原理46-49
• 4.2.1 焊縫偏差預(yù)測47-49
• 4.2.2 預(yù)測值的修正49
• 4.3 動態(tài)焊縫切線法控制模型49-52
• 4.4 仿真模型的建立52
• 4.5 仿真結(jié)果分析52-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第5章 實驗結(jié)果分析55-61
• 5.1 實驗條件與目的55-58
• 5.1.1 實驗條件55-57
• 5.1.1.1 磁控平臺56
• 5.1.1.2 DSPIC30F5015主控芯片56-57
• 5.1.1.3 驅(qū)動控制電路部分57
• 5.1.2 實驗?zāi)康?/span>57-58
• 5.2 實驗結(jié)果58-60
• 5.2.1 信號提取與處理58-59
• 5.2.2 焊縫跟蹤實驗結(jié)果59-60
• 5.3 本章總結(jié)60-61
• 結(jié)論與展望61-62
• 參考文獻62-66
• 致謝66-67
• 個人簡歷、攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文67-68

【參考文獻】

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本文編號：924497