針對普通電阻點焊機控制節(jié)拍時間長、焊接時動態(tài)電阻引起的焊接電流無法及時調(diào)節(jié)的問題,提出一種在常規(guī)控制基礎(chǔ)上增加前饋控制的方法.該方法通過分析研究焊接材料在焊接過程中動態(tài)電阻變化規(guī)律,將提前得到的動態(tài)電流數(shù)據(jù)引入到下一節(jié)拍的導(dǎo)通角計算中,提前對導(dǎo)通角進行修正,從而能得到更加準確的焊接電流.針對普通點焊機的特性,設(shè)計了獨特的控制算法,具有比常規(guī)控制算法更好的效果.探討了焊接電流反饋環(huán)節(jié)的A/D轉(zhuǎn)換速度要求及計算精度,給出了普通微處理器如何保證反饋電流計算精度的有效方法.最后,提出了利用反饋信息實時修正動態(tài)電流數(shù)據(jù)的更加有效的解決方案. 

【文章來源】：大連交通大學(xué)學(xué)報. 2018,39(05)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

低碳鋼動態(tài)特性曲線

鱅與動態(tài)電阻Ｒ的關(guān)系為:槡I=P/Ｒ．但實際上會受到各種因素影響導(dǎo)致一定誤差．另外，不同焊接對象的動態(tài)電流曲線也各不相同，因此很難事先將所有可能遇到的焊接對象的動態(tài)電流數(shù)據(jù)全部搜集計算儲存起來．實際上，也完全沒必要．我們可以通過焊接電流反饋環(huán)節(jié)將焊接時的實時電流記錄下來，從而得到動態(tài)電流曲線．假定某點焊機的最大焊接電流為20kA，如果需要10kA的焊接電流，則可通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角為90度(50%導(dǎo)通)來得到．如果一直按這個固定的導(dǎo)通角來控制焊接電流，那么實際焊接電流如圖2所示．一開始，焊接電流與設(shè)定值相等，但隨著焊接溫度的提高，導(dǎo)致電阻變化，從而導(dǎo)致焊接電流的變化．其變化趨勢與圖1的動態(tài)電阻曲線相對應(yīng)，并成反比．焊接電流從一開始的約10kA到結(jié)束時的約13kA．圖2某點焊機的低碳鋼動態(tài)電流曲線圖2所示的動態(tài)電流曲線，可以通過閉環(huán)控制器的反饋環(huán)節(jié)記錄并儲存下來．這種記錄，相當(dāng)于控制器僅采用比例控制得到的焊接電流變化曲線．考慮到50%導(dǎo)通時與多數(shù)實際焊接狀態(tài)更接近，非線性因素影響較小，因此，控制器記錄的典型動態(tài)電流特性曲線，取點焊機50%最大電流焊接的數(shù)據(jù)記錄．此數(shù)據(jù)以數(shù)組I(n)的形式供控制計算程序調(diào)用．3引入前饋控制的控制方案3．1引入前饋控制的控制器結(jié)構(gòu)基于前面的分析，由于控制節(jié)拍時間較長，電阻變化導(dǎo)致的電流變化較大，常規(guī)PID控制算法中的積分與微分對提高電流控制精度所起的作用很有限，僅用常規(guī)反饋控制算法是無法滿足電流控制精度的．本文提出的前饋控制的實質(zhì)，是利用系統(tǒng)存儲的動態(tài)電流曲線數(shù)據(jù)來預(yù)測下一節(jié)拍的電流變

86大連交通大學(xué)學(xué)報第39卷化．將此變化量提前一拍提供給主控制器，在計算下一個控制節(jié)拍的導(dǎo)通角時，將此變化量考慮進去，從而得到更合理的導(dǎo)通角，進而產(chǎn)生更準確的焊接電流．所以說，即使采用最簡單的比例控制算法，只要再增加前饋控制，電流控制精度都會有較大幅度的提高［3］．圖3所示為引入前饋控制的電阻點焊機控制器結(jié)構(gòu)圖．其中的焊接電流反饋環(huán)節(jié)包括電流互感器、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器等．而主控制器的輸入形式，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同之處在于，主控制器并非按電流誤差(ΔI=Ii－If)來控制，而是以給定電流Ii為主，以反饋與前饋為輔來進行控制．這種結(jié)構(gòu)是與本文獨特的控制算法相對應(yīng)的．圖3引入前饋控制的控制器結(jié)構(gòu)圖3．2控制算法介紹控制器的算法有多種形式，本文針對晶閘管控制導(dǎo)通角的特性，設(shè)計了獨特的控制算法．控制器的輸出電流，是將點焊機的最大電流控制其輸出一定比例來得到的，通過晶閘管的導(dǎo)通角來控制．輸出電流IO與最大電流Imax的關(guān)系滿足式(1):IO=∫πθsinxdx∫π0sinxdxImax=1+cosθ2Imax(1)式中的分母積分為半個波的面積，分子積分為導(dǎo)通角θ對應(yīng)的導(dǎo)通面積．下面分別討論不同控制方案的導(dǎo)通角計算．(1)開環(huán)控制這是許多簡易控制器采用的方案．假定點焊機電流最大值Imax為常量，令輸出電流IO等于給定電流Ii．用Ii替換式(1)中的IO，得到式(2):Ii=1+cosθ2Imax(2)反解出θ，即可得到導(dǎo)通角θ的計算式(3):θ=arccos2IiImax－()1(3)(2)開環(huán)+前饋控制由于在實際工況中Imax并不是常量，因此輸出電流誤差較大．

【參考文獻】：
期刊論文
[1]提高過零點檢測精度的方法[J]. 田萍果,畢雪芹.  電子設(shè)計工程. 2014(20)
[2]電阻點焊的信號采集及調(diào)理電路的設(shè)計[J]. 李文俊,李如雄.  科技廣場. 2012(03)

碩士論文
[1]低碳鋼不等厚多層板點焊熔核形態(tài)影響因素的研究[D]. 張龍.吉林大學(xué) 2014
[2]基于STM32中頻逆變電源點焊控制系統(tǒng)的研究[D]. 繆明學(xué).南昌航空大學(xué) 2013



本文編號：3453212