CN117428303A - 一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法，首先实时采集焊接电流，并基于焊接电流实时判断当前焊接阶段，接着针对不同焊接状态分别给出比例阀控制方法；通过探索不同输入压力状态下气体流速和比例阀驱动电流间的关系，在焊接的不同阶段给出不同的控制方法；同时针对每次焊接动作开始时的气体过冲和焊接动作结束后的气体溢出问题结合比例阀给出解决方法；本发明不仅兼顾了调整速度和精度，同时显著减少了开气时的过冲现象和关气溢出的问题，更加适用于实际焊接场景。
Description
技术领域
本发明属于比例阀精准控制技术领域，特别涉及一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法。
背景技术
现有技术中，比例阀一般作为调节流量的装置安装于各种管道内部，根据预先设定的目标流速，通过给出一定驱动电流用于驱动比例阀改变其开合度，进而使比例阀后端的管道内气体流速达到目标流速。在实际操作过程中，当管道内气体流速发生变化时，前端的输入压力通常随着气体流速变化也会发生变化，相同的驱动电流在不同输入压力的情况下能够达到的气体流速是不一样的。
基于上述原理，在管道气流速度需要不断变化的情况下，比例阀并不能实现“一步到位”的调整模式，及目标流速对应的驱动电流在不同输入压力情况下是不断变化的，并非固定值。传统的“目标流速对应驱动电流控制方法”需要进行改进，否则会存在较大误差、无法快速到达设定的目标流速。
此外，管道供气在每次放气时均存在明显的过冲现象，关气时由于后端管道内气体仍然会流动一定时间，因此会产生溢出现象，造成保护气浪费的情况。
发明内容
发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法，针对实际焊接过程中的不同焊接状态给出详细的比例阀调整策略，基于焊接开始、焊接过程、焊接结束三个阶段分别给出更加精准的比例阀控制方案，同时分别给出过冲、溢出的解决办法，不仅进一步提升了比例阀的控制速度和精准度，同时确保管道内无明显过冲、溢出。
技术方案：一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、实时采集焊接电流，并基于焊接电流实时判断当前焊接阶段；
步骤S2、针对不同焊接状态分别给出比例阀控制方法；具体地，
步骤S2.1、比例阀驱动电流标定；
固定比例阀前端输入压力，在不同前端输入压力范围内测量各阶段流速与比例阀驱动电流数据，基于二元线性回归方法进行拟合，获得流速与比例阀驱动电流在不同压力状态下的对应关系；
步骤S2.2、捕获焊接动作开始点后，测量比例阀后端管道内的气体流速，当气体流速大于0时，通过比例阀进行多段控制放气；根据步骤S2.1获得的当前输入压力状态下不同阶段目标流速对应的驱动电流，依次输入至比例阀，控制比例阀开启，最终使当前管道气流速度达到目标流速水平；
步骤S2.3、焊接过程中，实时检测管道气体流速并计算管道气体流速与目标气体流速的差值，并根据/>给予驱动电流变化趋势；给出驱动电流变化趋势后，驱动电流不断变化，控制比例阀开合度，直至管道内的实时气流速度达到目标气流速度；
步骤S2.4、当捕捉到焊接动作结束点后，驱动电流控制比例阀直接关闭。
进一步地，所述步骤S2.1中比例阀驱动电流标定的具体标定环境包括：
将比例阀安装于实际保护气管道中，比例阀由外部驱动电流进行控制；在比例阀与前端管道间设有用于测量输入压力的压力传感器，在比例阀出口至出气孔间的后端管道内设置用于测量气体流速的气流传感器；此外在前端管道处还增设有可补偿压力的前级调压阀，用于调整并固定前端管道的输入压力。
进一步地，所述步骤S2.2中比例阀多段控制的具体方法包括：
根据目标流速V1进行多节拆解，分别拆分为n个阶段目标流速，在当前输入压力P1下，分别基于步骤S2.1中拟合的关系获得n个阶段对应的驱动电流，将驱动电流依次输入至比例阀，控制比例阀阶段性增大开合度，直至当前管道气流速度达到目标流速V1。
进一步地，步骤S2.1中当比例阀进行多段控制后，实时测量管道流速，获得实际管道流速和目标流速的误差值，当误差值在0.5L/min以内时，则控制完毕；当误差值超过0.5L/min时，则进行误差校准。
进一步地，采用滑动窗的方式实时电流数据并进行判断，找到滑动窗内第一个大于等于预设阈值th1的电流点，即为焊接动作起始点；当滑动窗内最后两个电流点均小于预设阈值th2时，以第一个小于th2的电流点作为焊接动作结束点；焊接动作起始点和结束点之间即为焊接过程。
本发明采用的技术方案与现有技术方案相比，具有以下有益效果：
本发明针对焊接开始、焊接过程和焊接结束三个阶段的不同特征，针对性给出了比例阀的控制方案，针对焊接开始前输入压力不变的情况，通过标定的方法找出目标流速对应的驱动电流，并采用后端流速监控+比例阀多级调节的方式，不仅兼顾了调整速度和精度，同时显著减少了开气时的过冲现象。针对焊接过程中气体流速不断变化导致输入压力不断变化的问题，采用驱动电流步进变化的方式，逐渐使管道流速逼近目标流速。当焊接结束时，直接关闭比例阀，在最短时间内减小关气溢出导致的保护气浪费的问题。
附图说明
图1为本发明提供的用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法原理图；
图2为本发明实施例中的驱动电流标定环境示意图。
实施方式
本发明提供了一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法，根据不同焊接状态分别制订比例阀控制方法，确保管道气流速度精准快速地到达目标气流速度。通过探索不同输入压力状态下气体流速和比例阀驱动电流间的关系，在焊接的不同阶段给出不同的控制方法。同时针对每次焊接动作开始时的气体过冲和焊接动作结束后的气体溢出问题结合执行单元给出解决方案。下面结合说明书附图给出具体实施例，用于阐述本发明提供的用于焊接管道供气的气体流速快速精准控制方法。
如图1所示为本发明提供的比例阀快速精准控制方法原理图，具体包括以下步骤：
步骤S1、实时采集焊接电流，并基于焊接电流实时判断当前焊接阶段。
基于实际焊接电流进行焊接动作捕捉；具体地，采用滑动窗的方式实时电流数据并进行判断，找到滑动窗内第一个大于等于预设阈值th1的电流点，即为焊接动作起始点；当滑动窗内最后两个电流点均小于预设阈值th2时，以第一个小于th2的电流点作为焊接动作结束点。基于上述判断方法划分出若干段焊接动作。
步骤S2、针对不同焊接状态分别给出比例阀控制方法；
传统比例阀一般通过外部输入的驱动电流进行控制其开合度，进而实现控制管道气体流速的效果。但实际气路中由于前端输入压力随着管道气体流速的变化发生变化，在相同恒流信号的驱动下，管道气体流速并非一成不变，因此实际进行控制时，不同输入压力下，相同的驱动电流并不能获得相同的管道气体流速，因而会对管道气流控制造成较大控制误差。因此需要针对不同焊接状态提供具体的比例阀控制方法。下面结合图2给出实际标定环境及相应比例阀调节方法。
将比例阀安装于实际测量管道中，比例阀由外部驱动电流进行控制。在比例阀与前端气路间设有用于测量输入压力的压力传感器，在比例阀出口至出气孔间的管道内设置用于测量气体流速的气流传感器。基于上述基础环境的比例阀调节方法如下：
步骤S2.1、比例阀驱动电流标定。
在上述环境中中增设可补偿压力的前级调压阀，用于调整并固定前端管道的输入压力。由于管道压力随着流速的变化实时变化，已知目标流速并不能得到准确的驱动电流。在不同气路间的管道气体流速与管道压力的对应关系不同，并不能实现量化标准。
一般情况下，当未设置前级调压阀时，前端管道内始终保持通气状态，仅通过调节比例阀完成后端管道内的气流速度调节。特别的，在标定过程中，由于需要确定不同输入压力条件下驱动电流和气体流速间的关系，因此需要增设前级调压阀。
针对上述问题，本发明首先在气路中增设可补偿压力的前级调压阀，接着在不同前端输入压力范围内测试各阶段流速与比例阀驱动电流间的对应数据。通过二元线性回归的方法对测试数据进行拟合，获取对应关系公式。
本实施例中在一般比例阀耐压范围内（0.1Mpa-0.3Mpa）各阶段流速对应的驱动电流关系，并拟合出对应关系，进一步用于焊接开始状态下的比例阀控制。
步骤S2.2、当捕捉到焊接动作开始点后，通过比例阀进行快速控制。
在捕捉到焊接动作开始点前，比例阀保持关闭状态，此时输入压力一定，因此可以直接根据当前输入压力P1下驱动电流与管道流速的关系获取目标流速V1对应的驱动电流A1。由于焊接动作开始时，直接将阀门开到目标流速V1对应的开合度可能造成管道气流过冲问题，因此本发明给出了解决过冲问题的具体方法。
步骤S2.2.1、当捕捉到焊接动作开始点后，比例阀始终保持关闭状态，此时由于焊枪开启，出气孔开始出气，比例阀至出气孔间发生气体流动。在比例阀进行控制前，通过后端气流传感器测量后端管道流速，当后端管道流速大于0时，再开启比例阀。
步骤S2.2.2、当后端管道流速大于0时，比例阀开始多段控制。
根据目标流速V1进行多节拆解，分别拆分为n个阶段目标流速，在当前输入压力P1下，分别基于步骤S2.1中拟合的关系获得n个阶段对应的驱动电流，将驱动电流依次输入至比例阀，控制比例阀阶段性增大开合度，直至当前管道气流速度达到目标流速V1。
当比例阀后端管道内实际存在气体流速时再开启比例阀，使前端管道内的气体流出，可以有效减小起弧阶段的气流速度峰值，此外比例阀通过多段控制，阶梯放气，进一步缓解过冲情况。
同时由于比例阀前端输入压力固定，各个阶段的目标流速对应的驱动电流也是相对固定准确的，因此比例阀可以在极短时间内完成调节，确保精准度的同时提升反映速度。
步骤S2.2.3、实时检测管道流速，获得实际管道流速和目标流速的误差值，当误差值在0.5L/min以内时，则认为控制完毕。当误差值超过0.5L/min，则进行误差校准。根据实际焊接工况可以采用单点校准或者累积校准的模式。
步骤S2.3、在焊接过程中，当焊接电流发生变化时，对应的目标气体流速也发生变化，此时需要根据目标流速实时调节比例阀。计算实时检测的管道气流速度和目标气流速度间的差值，并根据/>给予驱动电流变化趋势；当/>大于0时，代表管道气流速度需要下降，此时应当减小驱动电流，减小比例阀开合度，反之则应当增大驱动电流。给出驱动电流变化趋势后，驱动电流不断变化，控制比例阀开合度，直至管道内的实时气流速度达到目标气流速度。
由于焊接过程中，前端输入压力随着气体流速的变化发生变化，无法直接获得准确的目标流速对应的驱动电流，因此不再适用步骤S2.2中的比例阀控制方法。本发明根据流速差值给予驱动电流不同步进变化，实际测试过程中在5S内可以完成控制，基本满足比例阀控制时间要求。
步骤S2.4、当捕捉到焊接动作结束点后，比例阀直接关闭，最大程度减少由于管道内气体流动导致的保护气溢出浪费现象。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、实时采集焊接电流，并基于焊接电流实时判断当前焊接阶段；
步骤S2、针对不同焊接状态分别给出比例阀控制方法；具体地，
步骤S2.1、比例阀驱动电流标定；
固定比例阀前端输入压力，在不同前端输入压力范围内测量各阶段流速与比例阀驱动电流数据，基于二元线性回归方法进行拟合，获得流速与比例阀驱动电流在不同压力状态下的对应关系；
步骤S2.2、捕获焊接动作开始点后，测量比例阀后端管道内的气体流速，当气体流速大于0时，通过比例阀进行多段控制放气；根据步骤S2.1获得的当前输入压力状态下不同阶段目标流速对应的驱动电流，依次输入至比例阀，控制比例阀开启，最终使当前管道气流速度达到目标流速水平；
步骤S2.3、焊接过程中，实时检测管道气体流速并计算管道气体流速与目标气体流速的差值，并根据/>给予驱动电流变化趋势；给出驱动电流变化趋势后，驱动电流不断变化，控制比例阀开合度，直至管道内的实时气流速度达到目标气流速度；
步骤S2.4、当捕捉到焊接动作结束点后，驱动电流控制比例阀直接关闭。
2.根据权利要求1所述的一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法，其特征在于，所述步骤S2.1中比例阀驱动电流标定的具体标定环境包括：
将比例阀安装于实际焊接保护气管道中，比例阀由外部驱动电流进行控制；在比例阀与前端管道间设有用于测量输入压力的压力传感器，在比例阀出口至出气孔间的后端管道内设置用于测量气体流速的气流传感器；此外在前端管道处还增设有可补偿压力的前级调压阀，用于调整并固定前端管道的输入压力。
3.根据权利要求1所述的一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法，其特征在于，所述步骤S2.2中比例阀多段控制的具体方法包括：
根据目标流速V1进行多节拆解，分别拆分为n个阶段目标流速，在当前输入压力P1下，分别基于步骤S2.1中拟合的关系获得n个阶段对应的驱动电流，将驱动电流依次输入至比例阀，控制比例阀阶段性增大开合度，直至当前管道气流速度达到目标流速V1。
4.根据权利要求3所述的一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法，其特征在于，步骤S2.1中当比例阀进行多段控制后，实时测量管道流速，获得实际管道流速和目标流速的误差值，当误差值在0.5L/min以内时，则控制完毕；当误差值超过0.5L/min时，则进行误差校准。
5.根据权利要求1所述的一种用于焊接管道供气的比例阀快速精准控制方法，其特征在于，基于实际焊接电流进行焊接动作捕捉，判断当前焊接状态；具体地，
采用滑动窗的方式实时电流数据并进行判断，找到滑动窗内第一个大于等于预设阈值th1的电流点，即为焊接动作起始点；当滑动窗内最后两个电流点均小于预设阈值th2时，以第一个小于th2的电流点作为焊接动作结束点；焊接动作起始点和结束点之间即为焊接过程。
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