SU1620236A2 - Система автоматического управлени процессом сварки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматизации сварочных процессов и может примен тьс  в автоматизированных сварочных с- тановках, робототехнологических сварочных комплексах. Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварного соединени  посредством учета вли ни  изменени  скорости сварки на процесс формировани  сварного шва. Цель достигаетс  за счет повышени  соответстви  параметров модели параметрам реальной системы источник питани  - дуга - сварной шов путем введени  в модель информации о величине скорости сварки. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к автоматизации сварочных процессов и может примен тьс  в автоматизированных сварочных установках робототехнологических сварочных комплексах .

Цель изобретени  - повышение точности регулировани  параметров сварного шва.

Указанна  цель достигаетс  за счет повышени  соответстви  параметров модели параметрам системы источника питани  - дуга - сварной шов за счет введени  в модель информации о величине скорости сварки.

На чертеже представлена функциональна  схема предлагаемой системы автоматического управлени  процессом сварки.

Система состоит из привода 1 подачи электродной лроволоки, привода 2 изменени  скорости сварки, регул тора 3 напр жени  холостого хода, которые своими выходами св заны с входами системы 4 источник питани  - дуга - сварной шов. Один из выходов системы 4 св зан с входами элементов 5 и 6 сравнени . Второй вход элемента 6 сравнени  св зан с выходом узла 7 задани . Выход элемента 6 сравнени  св зан с входом усилител  8 и входом интегратора 9. Выходы усилител  8 и интегратора 9 св заны с входами сумматора 10. Выход сумматора 10 св зан с входами усилителей 11 -13. Выходы усилителей 11 -13 св заны соответственно с входами сумматоров 14-1G. Выход сумматора 14 св зан с входами блока 17 модели привода подачи электродной проволоки и с входом привода 1 подачи электродной проволоки.

Второй выход системы 4 св зан с входом сумматора 18, второй вход которого св зан с узлом 19 задани  скорости сварки. Выход сумматора 18 св зан с входами корректирующих усилителей 20-23.

Выходы усилителей 20-23 св заны соответственно с входами сумматоров 24-27. Выход сумматора 27 св зан с входом элемента 28 сравнени , другой вход которого св зан с выходом узла 29 задани . Выход элемента 28 сравнени  св зан с вхооэ

ГС

о

N3

со

05

ю

дами усилителей 30-32. Выходы усилителей 30-32 св заны соответственно с входами сумматоров 14-16.

Третий выход системы 4 св зан с входом элемента 33 сравнени . Выход элемента 33 сравнени  св зан с входами корректирующих усилителей 34-39. Выход усилителей 36- 39 св зан соответственно с входами сумматоров 24-27. Выход элемента 5 сравнени  св зан с входами корректирующих усилителей 40-45. Выходы усилителей 42- 45 св заны с вторыми входами сумматоров 24-27. Выход сумматора 26 св зан с входом элемента 46 сравнени , второй вход которого св зан с выходом узла 47 задани , а выход - с усилител ми 48-50. Выход матора 25 св зан с входом элемента 51 сравнени , второй вход которого св зан с выходом узла 52 задани . Выход элемента 51 сравнени  св зан с входами усилителей 53-55. Выходы усилителей 53-55 св заны с вторыми входами сумматоров 14-16.

Выход сумматора 24 св зан с входом элемента 56 сравнени , второй вход которого св зан с выходом узла 57 задани . Выход элемента 56 сравнени  св зан с вхо- дами усилителей 58-60. Выходы усилителей 58-60 св заны с третьими входами сумматоров 14-16.

Выход сумматора 15 св зан с входом модели 61 привода изменени  скорости сварки и приводом 2 изменени  скорости свар- ки. Выход сумматора 16 св зан с входом блока 62 и входом регул тора напр жени  холостого хода. Выход блока 62 св зан с одним из входов сумматора 63. Другие входы сумматора 63 св заны с выходами корректирующих усилителей 35 и 41. Выход сумматора 63 св зан с входами блоков 64-67 и с входами элементов 33 и 68

5 л

5

0 5

сравнени , а также с входами блоков 69- 72. Выходы блоков 69-72 св заны с входами сумматоров 24-27. Вход элемента 68 сравнени  св зан с выходом узла 73 задани , а выход - с усилител ми 74-76. Выходы усилител  74-76 св заны с четвертыми входами сумматоров 16, 15 и 14.

Выходы блоков 64 и 65 и корректирующих усилителей 34 и 40 св заны с входами сумматора 77, выход которого св зан с входами элемента 5 сравнени , а также с входами блоков 78-82. Выходы блока 79-82 св заны с входами сумматоров 24-27.

Выходы блоков 17 и 67 св заны с входами сумматора 83, а выход сумматора 83 св зан с входом сумматора 84, другие входы которого св заны с выходами блоков 66 и 78. Выход сумматора 84 св зан с входом блока 85, выход которого св зан с входом сумматора 86, выход блока 85 через блок 87 св зан с входом сумматора 77. Выход сумматора 86 также св зан с входом блока 88, выход которого подключен к входу блока 89. Выход блока 89 св зан с третьим входом сумматора. 83. Выход блока 61 через блок 90 св зан с входом сумматора 86.

Элементы 17, 24-27, 61-67, 69-72, 77-90 составл ют модель 91 процесса формировани  шза.

Система автоматического управлени  процессом сварки работает следующим образом.

В модели 91 моделируютс  процессы, протекающие iipn сварке в источнике питани , дуге, вылете электрода, приводе подачи электрода, приводе изменени  скорости сварки, а также в сварочной ванне в процессе формировани  сварочного шва. Передаточные функции имеют следующий вид:

KL.WC

т.т - --- - .

%- Т

KOV

%

гдеК с - коэффициент питающей сети по напр жению; , - динамическое и статическое сопротивление дуги; К, К™, К - коэффициенты глубины проплавлени  по току, напр жению и скорости сварки; К, Кшн, Кш - коэффициенты ширины

шва по току, напр жению и скорости сварки;

Кут, КУ, - коэффициенты высоты усили  шва по току, напр жению и скорости сварки; Кот, Кон, KOV - коэффициенты изменени 

ширины обратной стороны шва по току, напр жению и скорости сварки;

Тис, в, Тк, Тв, Тм - посто нные времени питающей сети, дуги, капли расплавленного металла (определ етс  частотой переноса капель), вылета электрода (определ етс  теплоемкостью вылета), сварочной ванны;

Квг, Квд - коэффициенты саморегули- ровани  по току через подогрев вылета электрода и по длине вылета электрода;

К™, К™ - коэффициенты саморегулировани  по току и напр - жению;

Кдс - коэффициент изменени  вылета электрода по скорости сварки.

На выходах моделей формируютс  сигналы , пропорциональные току сварки 1св, глубине проплавлени  Н, ширине шва В, высоте усилени  m и ширине обратной стороны шва п. Напр жение на дуге 1Ь, ток сварки Ьв и скорость сварки измер ютс  непосредственно в процессе сварки. Н, В, т, п 1св и Уд  вл ютс  координатами состо ни  сварочного процесса и отражают динамические и статические процессы , протекающие при сварке. Выходы модели 91 подключены к соответствующим усилител м с переменными коэффициентами усилени .

Усилители 11 -13, 58-60, 53-55, 48-50, 30-32, 74-76 и суммирующие устройства 14-16 образуют обратную св зь по напр жению на дуге, току сварки, глубине проплавлени , ширине шва, высоте усили  и ширине обратной стороны шва, причем сигнал управлени  с сумматора 16 подаетс  на регул тор изменени  напр жени  холостого хода, с сумматора 15 на привод изменени  VCB, с сумматора 14 - на привод подачи электрода. Коэффициенты обрат- ной св зи, т. е. коэффициенты усилителей 11 - 13, 30-32, 48-50, 53-55, 58-60, 74-76 рассчитываютс  исход  из математи0

5

Q

5

25

3Q

5 45

0

ческого описани  модели сварочного процесса и выбранного критери  качества. В качестве критери  выбран интегральный квадратичный критерий вида

(t)Qxr/t) + U(t)RUr(t)jdt, (1)

fcB,U.i,H,B,m,nj -вектор состо ни 

системы источник питани 

гсварной шов;

U ,Л чэ -вектор управл ющих переменных, компонентами которого  вл ютс  напр жение холостого хода источника питани  дуги, скорость сварки, скорость подачи электродной проволоки; Q, R - матрицы, накладывающие на отклонени  соответствующих координат состо ни  процесса от заданных значений;

Т - знак транспортировани .

В результате такого синтеза обратной св зи, исход  из услови  оптимальности, т. е. обеспечени  минимума критерию качества (1) система автоматического управлени  будет не только устойчива, но и обеспечивает минимальное отклонение регулируемых параметров (L, LL, в, Н, В, т, п) от заданных значений. Выбор в качестве регулируемых параметров напр жени  на дуге, тока сварки, глубины проплавлени , ширины шва, высоты усилени  и ширины обратной стороны шва объ сн етс  тем, что, чем меньше будет отклонение указанных величин от заданных значений, тем выше будет качество сварных соединений . Кроме того, учитываютс  динамические свойства приводов подачи электрода и изменение скорости сварки.

Заданные значени  регулируемых величин формируютс  в узлах 7, 29, 47, 52, 57 и 73 задани  и сигналы рассогласовани  с сумматоров 6, 28, 46, 51, 56 и 68 подаютс  на соответствующие усилители с переменным коэффициентом усилени .

Сигнал управлени  на изменение напр жени  холостого хода формируетс  с помощью усилителей 13, 32, 50, 55, 60 и 74 и сумматора 16 по следующему закону:

ихх К|зДи. + КбоДН+К55В + К5пЛт +

+ К70ДП+К74Д1«

и подаетс  одновременно на регул тор изменени  напр жени  холостого хода и модель источника питани . Здесь ALh, ЛН,

ЛВ, Дт, An, ДЬв - отклонени  параметров от заданных значений.

Сигнал управлени  на изменение скорости сварки формируетс  с помощью усилителей 12, 31, 49, 54, 59 и 75 и сумматора 15 по закону у К,2Дид + К59ДН+К54ДВ+К49Дт +

v+Кз1Дп+К75Д1

и подаетс  одновременно на привод изменени  скорости сварки и модель 16 привода изменени  скорости сварки.

Сигнал управлени  на изменение скорости подачи электрода формируетс  с помощью усилителей 11, 30, 48, 53, 58 и 76 и сумма тора 14 по закону у КпД1К+К58ДН+К5зДВ+К4вДт+

v +КзоДп+КгвД1св

и подаетс  одновременно на привод 1 подачи электродной проволоки и блок 17 модели привода электродной проволоки.

В результате любое отклонение тока сварки, напр жени  на дуге, глубины про- плавлени , ширины шва, высоты усили , ширины обратной стороны шва будет компенсировано с помощью обратной св зи, т е изменением U, VCB и УИЭ, т. е. параметры In., LK, Н, В, m, n будут посто нны в процессе сварки, что позволит получить высококачественные сварные соединени .

Коррекци  параметров модели системы источник питани  - дуга - сварной шов осуществл етс  с помощью корректирующих усилителей 20-23, 34-39 и 40-45 по изменению напр жени  на дуге, тока сварки и скорости сварки. Изменение значений напр жени  на дуге Ua, тока сварки 1св и скорости сварки VCB отражает изменение характеристик системы 4 источник питани  - дуга - сварной шов и служит информацией дл  коррекции параметров модели 91 Сигналы коррекции формируютс  на выходах сумматоров 5 и 33, как разности напр жени  на дуге и тока сварки, измер емых на выходе системы 4 источник питани  - дуга - сварной шов и получаемых в модели 91, а также на выходе сумматора 18, как разность между заданной (эталонной ) и действительной (измер емой датчиком обратной св зи) скоростью сварки. В результате модель 91 будет подстраиватьс  в процессе сварки при изменении внешних условий и действии помех и возмущений на систему 4.

Дл  ликвидации статической ошибки в процессе регулировани  в систему введена интегральна  составл юща  отклонени  выходного сигнала объекта управлени  (в данном случае напр жени  на дуге) от сигнала задани . Эта составл юща  формируетс  с помощью интегратора 9, усилител  8 с коэффициентом усилени , равным посто нной времени объекта управлени . Этим сигналом компенсируетс  статическа  ошибка , и она будет равна нулю независимо от характера действующих на объект управлени  возмущений.

В качестве базовою образца прин т сварочный робототехнологический комплекс РБ-251, оснащенный жесткопрограммируе0 мой системой автоматического управлени  процессом сварки.

Таким образом, применение предлагаемой системы позвол ет повысить точность регулировани  геометрических размеров свар5 ного шва.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Система автоматического управлени  процессом сварки по авт св. № 1199519,

   0 отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности регулировани  геометрических размеров сварочного шва, она дополнительно снабжена четырьм  корректирующими усилител ми , сумматором и узлом задани  скорости сварки, причем пр мой вход- сумма5 тора подключен к узлу задани  скорости сварки, его инверсный вход - к выходу системы источник питани  - дуга - сварочный шов, а выход сумматора подключен через четыре корректирующих усилител  к входам модели изменени  глубины

   0 проплавлени , модели изменени  ширины шва, модели изменени  высоты усилени  и модели изменени  ширины обратной стороны шва.