Разработка системы управления установки прецизионной электронно-лучевой сварки

• Автор: Щербаков, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Глава 1. Анализ особенностей технологии и уровня развития систем управления установками прецизионной электронно-лучевой сварки

1.1. Технология и оборудование для электронно-лучевой сварки

1.2. Системы управления электронно-лучевыми сварочными установками

1.3. Формулирование целей и задач исследования

Глава 2. Разработка структуры и модели системы управления установки электронно-лучевой сварки

2.1. Разработка функциональной схемы системы управления

2.2. Разработка математической модели электронной пушки

2.3. Разработка математической модели сварочной ванны

2.4. Разработка математических моделей исполнительных устройств и датчиков неизменяемой части системы
2.5. Разработка структуры управляющего устройства и алгоритмов текущей идентификации объектов управления

2.6. Синтез системы управления установки электронно-лучевой сварки

2.7. Выводы по результатам исследований, приведенным в гл
Глава 3. Исследование системы управления установки электронно-лучевой сварки
3.1. Проверка алгоритма текущей идентификации объекта управления
3.2. Исследование режима пуска системы
3.3. Проверка системы на устойчивость при влиянии возмущений
3.4. Выводы по результатам исследований; приведенным в гл
Глава 4. Экспериментальные исследования и особенности реализации системы управления установки электронно-лучевой сварки
4.1.Экспериментальное исследование трехэлектродной термоэмиссионной
пушки
4.2. Идентификация процессов в сварочной ванне

4.3. Описание реализации разработанной системы
4.4. Экспериментальное исследование разработанной системы
4.5. Выводы по результатам исследований, приведенным в гл
Заключение
Библиографический список
Приложения

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) широко применяется при изготовлении прецизионных сборочных единиц в машиностроении, сварке деталей из химически активных, разнородных и тугоплавких материалов. К преимуществам данной технологии относится высокое отношение глубины проплавления к ширине (до 10:1 при «кинжальном» проплавлении), возможность концентрации энергии во всем диапазоне термического

воздействия (от 10 до 5-10 Вт/см), ведение процесса в вакууме, что обеспечивает чистоту сварного шва, а также возможность полной автоматизации процесса.
Указанные преимущества технологии делают актуальным ее применение для целей прецизионной сварки тонкостенных деталей и микросварки, герметизации корпусов в атомной, авиационной и электронной промышленности. Как правило, ЭЛС применяется для сварки наиболее ответственных деталей. При этом точность поддержания теплового режима и его воспроизводимость являются основными условиями высокого качества сварных швов. Поэтому задача автоматизации процесса сварки, обеспечивающая достижение стабильности процесса при различных возмущениях является актуальной.
В настоящее время проблемы управления манипуляторами, вакуумным оборудованием и источниками питания, в основном, решены. Нерешенными являются задачи управления тепловым процессом сварки.
В диссертации, посвященной разработке системы управления тепловым режимом сварочной ванны при прецизионной сварке в электронно-лучевой установке, решается целый ряд научных и технических задач, таких, как разработка требований к элементам технологического оборудования, выбор способа контроля теплового режима сварочной ванны и разработка функциональной схемы системы управления. Проведены экспериментальные исследования электрических и тепловых режимов процесса прецизионной сварки в электронно-лучевой установке с целью определения зависимостей

данными подтвердили адекватность полученных результатов. Разработанная модель может применяться для разработки систем управления электроннолучевых сварочных установок, использующих в качестве выходной величины ток, стекающий с детали. В диапазоне ускоряющих напряжений 30 - 60 кВ, по токах луча 0-10 мА, толщинах детали 0,1-1 мм и скорости перемещения детали относительно луча 500 - 5000 мкм/с.
2.4 Разработка математических моделей исполнительных устройств и датчиков неизменяемой части системы
Исполнительным устройством неизменяемой части системы является источник питания, электронной пушки, включающий в себя источники питания тока накала катода, ускоряющего напряжения и напряжения смещения.
Поскольку предлагаемая система управления содержит стабилизаторы тока луча, ускоряющего напряжения и тока накала, влияющие на работу пушки, то необходимо рассмотрение динамических характеристик всех трех источников питания.
Входными величинами для источников питания электронной пушки являются сигнал управления током накала катода, ускоряющим напряжением, и напряжением смещения. Выходными величинами являются соответствующие токи и напряжения.
Основным источником питания любой электронно-лучевой установки является источник питания ускоряющего (анодного) напряжения. К данным источникам предъявляются особые требования, поскольку их выходные характеристики в конечном счете определяют технологические возможности пушки.
В настоящее время распространены два типа высоковольтных источников для питания анодных цепей электронных пушек (рис 2.10). В источниках первого типа (рис 2.10, а) трансформаторы работают на частоте 50 Гц, а в качестве регулирующего элемента используется высоковольтный