SU1192920A2 - Система автоматического управлени процессом сварки - Google Patents

Abstract

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ по авт. св. № 1107975, отличающа с   тем, что, с целью повьшени  качества сварного соединени  за счет повышени  точности регулировани  параметров сварочного процесса, в нее введены два множительных устройства, дополнительный сумматор и шесть корректирующих усилителей, при этом входы первого множительного устройства соединены с выходом системы источник питани -дуга-сварной шов, а его выход - с первым входом дополнительного сумматора, второй вход которого через второе множительное устройство соединен с выходами модели источника питани  и модели дуги, первый выход дополнительного сумматора через корректирующие усилители соединен с сумматорами модели дуги и модели источника питани , второй выход дополнительного сумматора соединен через корректирующие усилители с сумматором модели измес нени  глубины проплавлени , с сум матором модели изменени  ширины шва, (Л с сумматором модели изменени  высоты усилени  шва и с сумматором модели изменени  обратной стороны шва.

Description

со

IvO

:о ьо . Изобретение относитс  к области автоматизации сварочных процессов, в частности к системам автоматичес . кого управлени  процессом сварки. Целью изобретени   вл етс повышение качества сварного соединени  за. счет повьш1ени  точности регулиро вани  параметров .сварочного процесса . На чертеже представлена структур на  схема системы автоматического управлени  процессом сварки. Система состоит из привода 1 подачи электрода, привода 2 изменени  скорости сварки, регул тора 3 напр  жени  холостого хода, системы 4 не точник питани -дуга-сварной шов, мо дели системы 5 источник питани -ду га-сварной шов, состо щей из моделе источника питани , образованной бло ком 6 и сумматором 7, модели дуги, образованной блоками 8-10 и суммато ром 11, модели капли расплавленного металла, образованной блоками 12 и 13 и сумматором 14, модели выпета электрода,, образованной блоками 1518 , сумматорами 19 и 20 и инвертором 21, модели привода 22 изменени  скорости сварки, модели привода 23 подачи электрода, модели изменени  глубины проплавлени , образованной блоками 24 и 25 и сумматором 26, модели изменени  ширины шва образованной блоками 27 и 28 и сумматором 29, модели изменени  высоты усилени , образованной блоками 30 и 31 и сумматором 32, модели измене ни  ширины обратной стороны шва, образованной блоком 33 и сумматором 25, шести корректируюыщх усилителей 36-41, шести узлов 42-47 задани , восьми сумматоров 48-55, интегратора 56 усилител  57., восемнадцати усилителей 58-75 с .переменным коэффициентом уснпени , трех суммирующих устройств 7.6-78 и двух множительных устройств 79-80. Система автоматического управлени  процессом сварки работает еледующим образом. В модели 5 моделируютс  процессы протекающие при сварке в источнике питани  , дуге, вылете э.лектрода, приводе подачи электрода и приводе изменени  скорости сварки, а также в сварочной ванне в процессе формировани  сварного шва. Передаточные функции звеньев модели имеют следук ций .вид: , oprr . ,., ,., . - x/ . w, VTpTT. ST-p r V/ 1.-, 18 p -J-i ,, i-.T. коэффицент питающей сети по напр жению динамическое и статическое сопротивлени  дуги-, коэффициенты глубины проплавлени  по току и напр жению-, к-оэффициенты ширины шва по току и напр .жению- , .. коэффициенты высоты усилени  шва по току и напр жению-, посто нные времени питакщей сети, дуги, сварочной ванны; посто нные времени плавлени  (определ етс  частотой переноса капли расплавленного металла капель ) и выпета электрода (определ етс  теплоёмкостью вылета); , коэффициенты саморегулировани  по току через подогрев выпета электрода и по длине вылетаэлектрода; коэффициенты саморегулировани  по .току и напр жению через плавление торца (капли) электродаJ коэффициент изменени  вылета электро- , да поскорости сварки.

3

На выходах моделей формируютс  сигналы, пропорциональные току свар ки 3j.j, глубине проплавлени  Н , ширине шва /5 , высоте усилени  m и ширине обратной стороны шва п . Напр жение на дуге L/ и ток сварки 3 измер ютс  непосредственно в п роцессе сварки.. Н , 8, m , п , J.jj и Од  вл ютс  координатами состо ни  сварочного процесса и наиболее полно отражают динамические и статические процессы, протекающие при сварке. Выходы модели 5 подключены к соответствующим усилител м с переменными коэффициентами усилени .

Усилители 58-75 и суммирующие устройства 76-78 образуют обратную св з по напр жению на дуге, току сварки, глубине проплавлени , ширине шва, высоте усилени  и ширине обратной стороны шва, причем сигнал управлени  с первого суммирующего устройства 76 подаетс  на регул тор изменени  напр жени  холостого хода, с второго суммирующего устройства 77 - на привод изменени  , с третьего суммирзпощего устройства 78 - на привод подачи электрода. Коэффициенты обратно св зи, т.е. коэффициенты усилени  усилителей 58-75, рассчитьшаютс  по известной методике исход  из .математического описани  модели сварочного процесса и выбранного критери  качества. Критерием качества выбран интегральный квадратичньй критерий вида

ое

((tlRuw oii, .(1)

о.

гДе , Н, В, m , п, U jL-BeKTOp сос

то ни  сис . темы источник питани -дугалсварной ШОВ; .

. СвЛпэ -° °Р . равл ницих

переменных, . хх .Ung- напр жение

холостого хо-да , скорость сварки и скорость подачи электродов соответственно;

0

Q и Р - матрицы, накладывающие штраф на отклонени  соответствую1цих

координат состо ни  от заданных значений ;

, - знак транспортировани .

Так как система источник питани дуга-сварной шов описываетс  системой линейных дифференциальных уравнений , которые в векторно-матричной форме записываютс  в виде

X(t).Buti) , (2)

где А.- матрица коэффициентов, характеризующа  динамику объекта управлени  (динамику системы 4),

В - матрица коэффициентов, характеризующа  динамику исполнительньк механизмов (привода 1 подачи электрода , привода 2 изменени  скорости сварки и регул тора 3 напр жени  холостого хода),

то коэффициенты обратной св зи могут быть найдены из решени  уравнени  Риккати

.о, (3)

где Р - единственное положительно определенное решение урав .нени  (3). Уравнение обратной св зи имеет

ВИД

fcU(t)-R- B PXCtl -ICX(t) , СМ

где К - матрица коэффициентов обратной св зи, т.е. матрица коэффициентов усилени  усилителей 58-75.

В результате такого синтеза обратной св зи и исход  из услови  оптимальности (т.е. обеспечение минимума критерию качества) система автоматического управлени  не только устойчива, но и обеспечивает минимальные отклонени  регулируемых параметров О , и, Н , 6 , г , п ) от заданных значений. Выбор в качестве регулируемых параметров напр жени  на дуге, тока сварки, глубины проплавлени , ширины шва, выеоты усилешш н ширины обратной стороны шва объ сн етс  тем, что меньше будет отклонение указанных величин от заданных значений, тем выше будет качество сварных соединений . Кроме того, учитываютс  динамические свойства приводов подачи электрода и .изменени  скорости сварки . Заданные значени  регулируемых величин формируютс  в узлах 42-47 задани и сигналы рассогласовани  с сумматоров 48-53 подаютс  на соответствуюгдие усилители с переменным коэффициентом усилени . Сигнал управлени  на изменение напр жени  холостого хода формируетс  с помощью усилителей 58, 61, 64, 67, 70 и 73 и суммирующего устройства 76 по закону UnrSn A 4l 44 . и подаетс  одновременно на регул тор 5 изменени  напр жени  холостого хода и модел1ь источника 6 питани . Здесь 4ид,лН, Д8, ЛМ, /1 п , и 3 отклонение параметров от заданных значений. Сигнал управлени  на изменение скорости сварки формируетс  с помощью усилителей 59, 62, 65, 68, 71 и 74 и суммирующего устройства 77 по закону JvcB 9 А Л8- Лт и подаетс  одновременно на привод 2 изменени  скорости сварки и модель привода 22 изменени  скорости сварки Сигнал управлени  на изменение скорости подачи электрода формируетс  с помощью усш1ителей 60, 63, 66, 69, 72 и 75 и суммирующего устройства 78 по закону и подаетс  одновременно на прив.од 1 подачиэлектрода и-модель привода 23 подачи электрода. В результате любое отклонение тока сварки, напр жени  на дуге, глу бины проплавлени , ширины шва, высоты усилени  или ширины обратной стороны шва компенсируетс  с помощью обратной св зи управлением скоростью сварки, скоростью подачи электрода и изменением напр жени  холостого хода, т.е. параметры Лее, U, Н, b,m, п посто нны в процессе сварки; что поз волит получать высококачественные сварные соединени . В процессе сварки под действием азличного рода возмущений параметры истемы источник питани -дуга-сварой шов измен ютс . Следовательно, тобы точность регулировани  параметов сцдрки не снижалась при изменеии параметров системы 4, необходимо орректировать модель 5 таким образом, чтобы она была адекватна системе 4 при ействии различного рода возмущений. Коррекци  параметров системы источник питани -дуга-сварной шов осуществл етс  с помощью корректирующих усилителей 36-41 по мощности сварочной дуги, величина которой определ етс  по изменению напр жени  на дуге и тока сварки, которые можно измер ть непосредственно в процессе сварки. Изменение мгновенного значени  мощности сварочной дуги наиболее полно отражает изменение характеристик системы источник питани -дуга-сварной шов 4 и служит информацией дл  коррекции параметров модели 5. Действительное значение мощности сварочной дуги измер етс  с помощью первого множительного устройства 79. Сигнал, пропорциональньш мощности сварочной дуги в модели 5, формируетс  с помощью второго суммирующего -устройства 80. На выходе восьмого сумматора 55 определ етс  сигнал рассогласовани ,.которым-корректируютс  параметры модели 5 системы источник питани -дуга-сварной шов. В результате модель 5 подстраиваетс  в процессе сварки при изменении внешних условий и действи  помех на систему 4. Коэффициенты усилени  корректирующих усилителей 36-41 определ ютс  исход  из требуемого расположени  корней характеристического полинома системы и из услови  скорейшего за-тухани  возможных рассогласований между параметрами системы .4 и модели 5 известными методами . Дл  ликвидации статической ошибки в процессе регулировани  в систему вводитс  интегральна  составл юща  отклонени  выходного сигнала задани ,. котора  формируетс  с помощью интегратора 56, усилител  57 с коэффициентом усилени , равным посто нной времени объекта управлени  (системы источник питани -дугасварной шестого сумматора 53.

71

Этим сигналом компенсируетс  статическа  ошибка, котора  равна нулю независимо от характера действующих на объект управлени  возмущений, так как здесь вводитс  астатизм первого пор дка. Посто нна  времени объекта управлени , а следовательно, и коэффициент усилени  усилител  57 могут быть определены любым известным спосообом.

В качестве базового образца выбран сварочньй робот модели 111А, оснащенный системой автоматического регулировани  напр жени  на дуге, у которой низка  точность регулировани  выходных параметров сварки, невысокое быстродействие, определ емое периодом сетевого напр жени , низкие динамические свойства, позво|л кщие отрабатывать только медлен- но измен к циес  переходные процессы , невозможность регулировани 

2920 . 8

мгновенных значений тока в.свароч oй цепи и параметров щва.

Применение предлагаемой системы позволит повысить быстродействие 5 и точность регулировани  выходных параметров сварочного производства. Использование в контуре обратной св зи всех параметров состо ни  позвол ет исключить перенапр жение на

10 различных элементах схемы и перегрузки по току, и значительно улучшить качество сварных соединений, сократить удельный расход электроэнергии и электродного металла, увеличить

15 производительность каждой автоматической установки, например робота дл  дуговой сварки, увеличить производительность каждой из иих за счет снижени  брака и возможности сварки

20 на повышенных скорост х, так как система обладает высокими динамическими свойствами.

Claims (1)

1. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ по авт. св. № 1107975, отличаю щаяс я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет повышения точности регулирования параметров сварочного процесса, в нее введены два множительных устройства, дополнительный сумматор и шесть корректирующих усилителей, при этом входы первого множительного устройства соединены с выходом системы источник питания-дуга-сварной шов, а его выход - с первым входом дополнительного сумматора, второй вход которого через второе множительное устройство соединен с выходами модели источника питания и модели дуги, первый выход дополнительного сумматора через корректирующие усилители соединен с сумматорами модели дуги и модели источника питания, второй выход дополнительного сумматора соединен через корректирующие усилители с сумматором модели изменения глубины проплавления, с сумматором модели изменения ширины шва, с сумматором модели изменения высоты усиления шва и с сумматором модели изменения обратной стороны шва.

   »SU „„ 1192920 >