基于DRC法的电阻点焊协同控制

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电阻点焊作为一种重要的焊接工艺方法,在现代工业生产中,尤其是在汽车、航空领域有着广泛的应用。该方法具有能量集中、操作简单、生产率高和易于实现自动化等优点。随着工业技术的发展,许多工业产品对焊接接头的质量和可靠性要求日益提高,因而对点焊控制系统的控制能力和精度提出了更高的要求。 随着电阻点焊质量监控技术的发展,特别是微型计算机技术和智能控制在工业控制中的应用,使得一些新型的微机点焊质量控制设备在点焊生产中逐渐推广。总体来说点焊过程及质量控制的发展趋势:控制模式,已由单模式控制发展为多模式控制;控制方法,已由一种监控方法发展到多种监控方法进行决策;调节参量,已由初始的单变量调节发展为多变量调节;在控制决策上,已由常规的控制决策方式向人工智能决策方式发展。 本论文根据近几年来对 DRC 法点焊控制器的实际研究情况,针对 DRC 法模型化控制在焊接过程中存在控制盲区,极易在热量大幅度波动时产生飞溅或增大后期调节负担等情况。依据多信息多参量综合监测技术原理,以 DRC 法模型化控制技术为基础,在监控系统中引入恒流控制技术,推出了分时段、多层次、多参数的综合模糊控制策略,对点焊热过程实施等效加热的智能化控制协同控制技术,即 IDRC 法控制,以实现每一焊点的熔核质量与焊接时间的双重一致。 控制系统硬件电路以 8031 单片机系统为核心,主要由程序存储器 EPROM、外部数据存储器 RAM、 A/D 转换电路 ADC0809、I/O 扩展芯片 8255、看门狗电路以及 RAM 信息保护电路和复位电路等部分组成。该模块主要完成对电流滞后角实时采样、电流信号和电压信号的模数转换、数据处理,还要进行模糊推理运算以获得输出控制量。网压同步电路在网路电压过零时,向 8031 单片机发送中断脉冲信号,作为焊接的各个程序段计时和可控硅触发的时间基准。在单片机的控制下,电流采样电路通过电流互感器在焊接变压器原边对电流信号采样;并利用电流过零检测电路提取电流过零信号相对于电压过零信号的滞后角(代替功率因数角)作为在焊焊点的质量信息。 软件是控制系统的灵魂。针对点焊过程具有高度非线性、有多变量耦合作用和大量随机不确定因素,很难用精确的数学模型来描述的特点,同时考虑到硬件采用的单片机运算能力以及点焊控制过程对实时性要求高等方面的情况,我们选择了模糊控制算法并设计了 4 个系列模糊控制器,在焊接过程中根据不同的条件进行调用。在焊接的前期采用恒流控制,中后期采用 DRC 法模型化控制。通过恒流控制具有响应速度快,控制精度高的特点,为中后期的 DRC 69<WP=76>摘 要法创建一个比较平稳的焊接过程,为中后期的 DRC 法提供了一个很好的控制基础。在中后期通过实时检测电流滞后角,根据实际 DRC 曲线的谷点到达时间、过谷点后动态电流滞后角的上升速率以及形成优质熔核所应达到的动态电流滞后角的积累增长幅度与标准动态电流滞后角特性比较所产生的偏差对热量进行实时的调节,以保证形成合格的焊点。实验结果表明:基于模糊逻辑控制原理设计的恒流法能适应实际焊接电流的大幅度波动,实现了恒流控制的预期目标;当焊接热量在±15%以内波动时,它能保证焊接电流在 3 个周波内达到稳定状态,控制误差在±2%以内。采用模糊逻辑控制技术的 IDRC 法综合了恒流法和 DRC 法的优点,它根据不同时域启用不同主导信息对焊接热过程进行实时控制。即使在焊接热量波动±15%或者存在严重分流情况下,仍能保证点焊熔核质量和焊接时间的稳定性。本文设计开发的 IDRC 法控制系统,采用了以焊接电流与电流滞后角为控制信息的多层次、多参数分时综合模糊控制策略,保证了控制系统能够在不同时域内采用不同的主导信息,从而提高了 DRC 法点焊质量控制系统的控制能力和控制精度。对于点焊过程的质量智能控制具有重要的理论与工程应用价值。
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