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電弧傳感�
閱讀�6619時間�2011-02-11 16:14:36

  隨著電弧傳感技術的�(fā)展,焊縫跟蹤引入了電弧傳感技�,電�傳感�作為一種實時傳感的器件與其它類型的傳感器相�,具有結(jié)�(gòu)較簡�、成本低和響應快等特�,是焊接傳感器的一個重要的�(fā)展方�,具有強大的生命力和應用前景主要應用在兩方面:一方面主要用在�焊機器人上,另一方面主要用在帶有十字滑塊的自動焊��

�(shù)學模�

  控制系統(tǒng)包括控制器和對象二大部分,其中被控對象的動態(tài)特性是主要�,所以建立被控對象的�(shù)學模型是所有工作的�,所謂“系�(tǒng)�?�?,就是對軟件中過程的抽象描述�

  常用的建模方法有:a機理分析�;b�(tǒng)計建模法;c神經(jīng)�(wǎng)絡建模法;d智能建模法�

  我們在這要分析的是旋轉(zhuǎn)電弧焊炬長度和焊接電流之間的�(shù)學模型H(s)—I(s),其中輸入量是弧�,輸出量是實時的焊接電流。雖然不同系�(tǒng)中具體的�(jié)果各�,但�(jié)果均為二階的對應關系。根�(jù)文獻有如下結(jié)論:

  設G(s)為焊炬高度H(s)到電流I(s)的傳遞函�(shù),則它在理論上可表示為:

  其中Ka,Kn,Kr,Kq為與電源外特�、焊接材料、電弧氣氛有關的常數(shù),P(s)為電源的動態(tài)外特性,當電源外特性為一階慣性環(huán)節(jié)P(s)=P0/(TpS+1)�,式(1)可簡化為�

  對象的數(shù)學模型將有助于指導我們以下的工作:可以以模型為對象設計和評價控制�;可以通過對數(shù)學模型的分析,找出最靈敏的工作頻�,進而確定電弧旋�(zhuǎn)角速度;可以用模型來對所用的控制器進行仿真,比較不同結(jié)�(gòu)和參�(shù)控制器的�(yōu)缺點,從而設計出符合要求的數(shù)字控制器�

  設某個焊接過程為對象H(s)=(1+3s)/(1+2s)(1+8s),由于所給傳遞函�(shù)代表的對象是線性時不變�,所以用簡單的比例控制是可行的,只要比例系數(shù)恰當,跟蹤誤差將會足夠小;如果加上積分項將可以在較小的比例系數(shù)的情況下得到很好的跟蹤精�;加上微分項可以減小超�(diào)��

PID控制器仿真結(jié)構(gòu)圖

  �1 PID控制器仿真結(jié)�(gòu)�

  在圖的仿真結(jié)�(gòu)圖中,適當調(diào)整各系數(shù),就可使系統(tǒng)跟蹤階躍信號的上升時�、超�(diào)量和�(wěn)�(tài)精度滿足要求,如圖1�2所示�

PID控制器仿真結(jié)果圖

  �2 PID控制器仿真結(jié)果圖

工作原理

  電弧傳感器的基本原理是:利用焊炬與工件之間距離變化引起的焊接參數(shù)變化來探測焊炬高度和左右偏差,在等速送絲�(diào)節(jié)系統(tǒng)�,送絲速度恒定,焊接電源一般采用平或緩降的外特性,在這種情況�,焊接電流將隨著電弧長度的變化而變�。電弧傳感器的工作原理如圖所��

電弧傳感器的工作原理圖

  L為電源外特性曲�,在�(wěn)定焊接狀�(tài)時,電弧工作點為A0,弧長L0 ,電流I0 ,當焊炬與工件表面距離發(fā)生階躍變化增大時.弧長突然被拉長為L1.此時干伸長還來不及變化,電弧在新的工作點A1.燃燒,電流突�?yōu)�1,電流瞬時變化為△I1反之亦然。從上述分析可以得出,電弧位置的變化將引起電弧長度的變化,焊接電流也相應變化,從而可以判斷焊炬與焊縫間的相對位置�

�(fā)展概�

  焊縫自動跟蹤方面,傳感器提供著系�(tǒng)賴以進行處理和控制所必須的有關焊縫的信息。我們研究電弧傳感器就是要從焊接電弧信號中提取出能夠?qū)崟r并準確反映焊炬與焊縫中心的偏移變化信�,并將此信號采集出來,作為氣體保護焊焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的輸入信號,即氣體保護焊焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的傳感信��

  目前,國際、國�(nèi)焊接界對電弧傳感器的研究�?;钴S,用于焊縫跟蹤的電弧傳感器主要有以下幾種類型:

  (1)并列雙絲電弧傳感�。利用兩個彼此獨立的并列電弧對工件施�,當焊槍的中心線未對準坡口中心時,其作用焊絲具有不同的干伸長度,對于平外特性電源將造成兩個電流不相等,因此根�(jù)兩個電流差值即可判別焊炬橫向位置并實現(xiàn)跟蹤�

  (2)旋轉(zhuǎn)掃描電弧傳感�。在帶有焊絲導向的噴嘴旋�(zhuǎn)�,旋�(zhuǎn)速度與焊接電流之間存在一定的關系。高速旋�(zhuǎn)電弧傳感器可用于厚板間隙及角接焊縫的跟蹤,在�(jié)�(gòu)上比擺動式電弧傳感器復雜,還需要在焊接工藝、信息處理等方面進行深入的研究�

  (3)焊炬擺動式電弧傳感器。當電弧在坡口中擺動�,焊絲端部與母材之間距離隨焊炬對中位置而變化,它會引起焊接電流與電壓的變化。由于受機械方面限制,擺動式電弧傳感器的擺動頻率一般較�,限制了在高速和薄板搭接接頭焊接中的應用。在弧焊其他參數(shù)相同的條件下,擺動頻率越�,擺動式電弧傳感器的靈敏度越��

技術的應用狀�

  電弧傳感器已�(jīng)成為近些年來焊接自動跟蹤�(fā)展的熱點,同時隨著計算機技術及模糊�(shù)學等相關學科的發(fā)�,旋�(zhuǎn)電弧傳感器已�(jīng)步入實用的階段,如清華大學研制的旋轉(zhuǎn)電弧傳感器應用于東風汽車公司的汽車貯氣筒�(huán)縫的自動焊中。南昌大學將高速旋�(zhuǎn)電弧傳感器安裝在焊接機器人上實現(xiàn)了焊縫的自動跟蹤。而國外電弧傳感器的應用較為成熟和廣泛,如德國CLOOS的ROMAT 76SW型機器人和日本松下的Pana—Robo型機器人就安裝了擺動式電弧傳感器,韓國的HANGIL Autowelding公司生產(chǎn)的旋�(zhuǎn)電弧傳感器可用于弧焊機器人和自動焊中。以上說明電弧傳感器是有著廣泛的應用前景��

電弧傳感器相關資� 更多>>

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