Система управления пространственным положением сварочной горелки

• Автор: Мерцалов, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 211 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Современное состояние теории и практики управления пространственным положением сварочной головки, постановка задачи исследования
1.1. Устройства для автоматического управления пространственным положением сварочной горелки относительно

стыка свариваемых деталей.

1.2. Методы анализа статических и динамических свойств системы источник питания сварочная дуга

1.3. Особенности автоматической дуговой сварки в С плавящимся электродом.

1.4. Задачи исследования.

2. Разработка математической модели процесса электродуговой сварки

как объекта многоканального управления.

2.1. Математическая модель электрической дуги

2.2. Математическое описание сварочных стыков
2.3. Математическое описание процесса электродуговой сварки
как объекта управления.
2.4. Статистический анализ возмущений
2.5. Оценка адекватности математической модели.
3. Разработка системы управления пространственным положением сварочной горелки
3.1. Разработка и исследование принципов построения системы управления.
3.1.1. Функциональная схема системы управления.
3.1.2. Контур слежения за стыком.
3.1.3. Контур адаптации к разделке кромок
3.1.4. Контур стабилизации длины дуги.
3.1.5. Структура трехканальной системы управления.
3.1.6. Выбор параметров и исследование динамических
характеристик системы управления
3.2.Синтез цифровой системы управления положением горелки
с идентификацией параметров процесса электродуговой сварки
3.2.1. Идентификационный подход к построению цифровых оптимальных систем управления сварочными процессами
3.2.2. Проектирование оптимального цифрового регулятора положения сварочной головки.
3.2.3. Расчет оптимального многомерного цифрового регулятора положения сварочной горелки с блоком наблюдения.
3.2.4. Анализ динамики и разработка рекомендаций по применению оптимальных цифровых регуляторов положения
сварочной головки.
4. Реализация системы управления пространственным
положением сварочной горелки
4.1. Разработка программного обеспечения системы управления.
4.2.Техническая реализация системы управления пространственным положением сварочной горелки.
Заключение
Список литературы


Такие датчики обычно отслеживают стык на некотором расстоянии от места сварки и, следовательно, не учитывают коробление металла на участке от датчика до электрода, а также изгиб электрода. Конструктивно подобные датчики (в особенности, оптические и телевизионные) достаточно фомоздки и не позволяют контролировать угловые швы в труднодоступных местах, часто встречающихся в коробчатых конструкциях. Кроме того, указанные датчики позволяют измерять только один параметр стыка либо его положение. Следовательно, решение задачи автоматизации сварочного процесса возможно лишь путем использования совершенно новых подходов к получению полной информации о геометрических параметрах и положении стыка. В последние несколько лет начали развиваться принципиально новые устройства слежения, в которых датчиком стыка является сама сварочная дуга [, , , , 7). Такой подход позволяет контролировать положение конца электрода непосредственно в зоне сварки и избавиться от достаточно громоздких и ненадежных датчиков линии соединения деталей. Способ управления положением головки по электрическим параметрам дуги основан на использовании зависимости тока и напряжения сварки от длины дугового промежутка. Исследования показывают, что с увеличением длины дуги ток сварки уменьшается, а напряжение возрастает и наоборот, уменьшение длины дуги приводит к возрастанию тока сварки и уменьшению напряжения [, , 3]. При сварке угловых швов длина дуги при различных положениях электрода относительно стыка не одинакова, следовательно, величина тока и напряжения также меняется и отражает положение головки относительно линии соединения деталей. Анализируя характер изменения сварочного тока и напряжения, можно найти положение электрода. Однако решение данной задачи в значительной степени затруднено наличием случайных бросков тока и напряжения, характерных для сварочного процесса. Все это привело к тому, что до настоящего времени не разработано достаточно точных и помехозащищенных систем управления пространственным положением сварочной горелки относительно стыка с использованием дуги в качестве датчика для большинства процессов сварки, включая сварку плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом. Первые работы по использованию параметров дуги в качестве информации о положении стыка появились в середине -х годов. В них показана принципиальная возможность построения подобных систем управления. Наиболее просто решается задача наведения головки на стык при двухэлектродной сварке [6]. Электроды размещаются с противоположных сторон от линии соединения деталей. В качестве информации о положении стыка используется разность протекающих по электродам сварочных токов. Смещение головки приводит к уменьшению длины дуги на одном электроде и увеличению на другом. При этом происходит перераспределение токов, которое характеризует положение головки относительно стыка. К недостаткам подобных систем можно отнести сложность конструкции сварочной головки и необходимость с высокой точностью стабилизировать скорости подачи обоих электродов. При сварке плавящимся электродом такие системы не обеспечивают высокой точности из-за процесса саморегулирования длины дуги, в результате чего разность токов при смещении головки определяется в основном различием в вылетах электродов и имеет незначительную величину. Следует также отметить, что двухэлектродная сварка тонкой проволокой в защитных газах не находит широкого применения. В технологических процессах сварки с поперечными колебаниями оказывается достаточным для построения системы управления одного электрода []. При этом измерение сварочного тока или напряжения производят по полупериодам его колебаний. Сопоставляя полученные значения с фазой сканирования электрода, формируют сигнал, характеризующий положение сварочной горелки. Колебания электрода могут быть при этом поперечными, круговыми, а также по дуге окружности и другими. Необходимым условием является наличие составляющей, направленной поперек стыка во всех видах колебаний. Следует отметить, что для целей управления можно осуществлять колебания дуги и без колебаний электрода.