脉冲MIG焊熔滴过渡控制研究

论文摘要

在现代生产中,焊接技术已经得到了广泛的应用,它已经成为一种重要的生产手段。而脉冲MIG (Metal Inertia Gas)焊是一种高质量的焊接方法,在生产上已经越来越被重视。脉冲MIG焊是通过熔滴过渡实现焊接过程的,研究熔滴过渡的机理并加以控制,对稳定焊接过程、改善焊缝成形、减少飞溅等方面起到非常重要的作用。在分析了熔滴过渡的机理后,从熔滴过渡的控制目标出发,采用了双闭环控制方案对焊接电流及电弧电压进行控制。考虑到内环电流环能通过控制焊接电流波形来调节实现精确的熔滴过渡电流波形的功能,采用自适应控制算法对电流环进行控制。通过对电流环对象进行详细分析,建立了电流环被控对象的等效离散数学模型,在此基础上,设计了自校正调节器。根据焊接系统对象的动力学特征和控制性能,建立了脉冲MIG焊的数学模型,基于MATLAB/Simulink平台,构建了控制系统的仿真模型。通过分析焊接参数对熔滴过渡的影响,提出了一种保证熔滴尺寸稳定的熔滴过渡控制方案,并对这种方案和常用方案进行了仿真比较,验证了保证熔滴尺寸稳定的控制方案能减少能量的损耗。以DSP为控制核心,设计了脉冲MIG焊控制系统的硬件,采用模块化设计方法,利用汇编语言完成了软件设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和来源
• 1.2 脉冲MIG焊接技术发展现状
• 1.2.1 脉冲MIG焊的产生和发展
• 1.2.2 脉冲MIG焊的原理、特点及应用
• 1.3 脉冲MIG焊控制方法的发展现状
• 1.4 脉冲MIG焊熔滴过渡控制的发展方向
• 1.5 本课题研究意义
• 1.6 研究内容
• 第二章 脉冲MIG焊熔滴过渡过程分析
• 2.1 脉冲MIG焊熔滴过渡过程
• 2.1.1 脉冲MIG焊熔滴过渡原理
• 2.1.2 脉冲MIG焊熔滴过渡形式
• 2.2 熔滴过渡的检测方法
• 2.3 熔滴过渡焊接参数选择
• 2.4 脉冲MIG焊熔滴过渡的控制目标
• 2.5 本章小结
• 第三章 脉冲MIG焊熔滴过渡控制策略及算法
• 3.1 脉冲MIG焊熔滴过渡的控制策略
• 3.1.1 脉冲MIG焊系统模型及控制结构
• 3.1.2 脉冲MIG焊熔滴过渡的控制策略
• 3.2 脉冲MIG焊熔滴过渡自适应控制算法
• 3.2.1 自适应控制算法
• 3.2.2 自校正调节器控制原理
• 3.2.3 电流环被控对象的分析
• 3.2.4 电流环自校正调节器的设计
• 3.3 仿真比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 脉冲MIG焊控制系统仿真研究
• 4.1 脉冲MIG焊控制系统的建模
• 4.1.1 脉冲MIG焊电路系统模型
• 4.1.2 熔滴受力模型
• 4.1.3 熔滴过渡模型
• 4.1.4 熔化率模型
• 4.1.5 脉冲MIG焊仿真模型
• 4.2 脉冲MIG焊仿真实验
• 4.2.1 焊接生产中常用的电流波形方案
• 4.2.2 稳定的熔滴尺寸理论
• 4.2.3 基于稳定的熔滴尺寸的波形方案
• 4.2.4 仿真实验及结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 脉冲MIG焊控制系统设计
• 5.1 脉冲MIG焊控制系统硬件设计
• 5.1.1 主电路设计
• 5.1.2 控制电路设计
• 5.1.3 送丝机及其调速电路设计
• 5.1.4 外围设备设计
• 5.2 脉冲MIG焊控制系统软件设计
• 5.2.1 主程序设计
• 5.2.2 引弧子程序设计
• 5.2.3 正常工作程序设计
• 5.2.4 收弧子程序设计
• 5.3 实验验证
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果