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CO<,2>焊短路过渡过程中飞溅大、成形差一直是困扰工业界的难题。为了解决这一难题,过去的研究在基于传统的短路过渡认识上(短路过渡是个随机的过程)陆续的提出了改变电源动态性和波控来提高焊接过程稳定性,但它们都遭遇到了瓶颈。这就需要从新的角度去认识短路过渡,以便得到更好的控制方法去提高焊接过程稳定性。本文在国家自然科学基金的资助下,针对目前短路过渡存在的问题,提出了基于混沌的角度去认识短路过渡,并对短路过渡的稳定性进行了较系统的分析。
论文首先探索了四条可能研究短路过渡混沌性的技术路线,结合现有的研究条件及相关理论的发展概况,提出由时间序列中抽取混沌的特征指数是目前最切实可行的研究途径。
对该研究途径所涉及的相关理论进行了修正。在窗口理论方面,通过C-C方法的具体应用,证实了相空间重构理论中窗口理论的不正确性,表明相空间重构中的参数应相互独立地选择;在重构参数的选择涉及相关算法方面,经过理论上的分析比较,把改进的虚假邻近点法和互信息法作为重构维数和重构延迟的选择算法;在利用互信息选择延迟时间方面,针对原有互信息的算法计算量大、程序难以编写等弊端,提出了基于网格层数的新算法,简化了计算量。
从不同的角度证实了CO<,2>焊短路过渡的混沌性。通过对短路过渡电流信号的Lyaplmov指数、关联维数、L-Z复杂度和功率谱的计算和分析,结果表明短路过渡是存在着混沌的。
在不同的焊接工艺参数下,对短路过渡电流信号进行了系统的近似熵分析和初步的Lyapunov指数研究。对不同的送丝速度、不同的给定电压及不同气体流量三种情形下短路过渡电流信号的近似熵计算和分析,表明近似熵可作为短路过渡稳定性的评判标准,并从近似熵的角度进行了最佳电弧分析;Lyapunov指数的研究表明该指数在参数变化不大时,可作为短路过渡稳定性的判断标准,且定性地分析了过渡频率对Lyapunov指数的影响,为利用混沌控制方法来提高焊接质量初步奠定了理论基础;通过在分析稳定时近似熵和Lyaptinov指数的比较,表明作为稳定性的评判标准,近似熵比Lyaplinov指数更有优越性;而作为控制的监控对象而言,Lyapunov指数比近似熵更适合。