Система автоматического управления процессом сварки

Система автоматического управления процессом сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ по авт. св. № 1107975, отличающаяс я тем, что, с целью повьшения 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 измес нения глубины проплавления, с сум матором модели изменения ширины шва, (Л с сумматором модели изменения высоты усиления шва и с сумматором модели изменения обратной стороны шва.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 В 23 К 9 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1107975 (21) 3773800/25-27 (22) 17.07.84 (46) 23.11.85. Бюл. М- 43 (72) Н.Г. Тупиков, А.Н.Акимов, В.В.Подсевалов и Ю.Г.Грибков (53) 621.791.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1107975, кл. В 23 К 9/10, 1983. (54) (57) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ по авт. св. N- 1107975, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения эа счет повышения точности регулирования параметров сварочного процесса, в нее введены два множительных устройства, дополнительный сумматор и шесть корректирующих усилителей, при этом

„„80„„1192920 А 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.

Изобретение относится к области автоматизации сварочных процессов, в частности к системам автоматичес1192920 2

ПС, и ф >,.т

К R R p

Т„ Р>.1 B gp <1 9. gpi1

45. кого управления процессом сварки.

Целью изобретения является повы5 шение качества сварного соединения за счет повышения точности регулирования параметров .сварочного процесса.

На чертеже представлена структур— ная схема системы автоматического управления процессом сварки.

Система состоит из привода 1 подачи электрода, привода 2 изменения скорости сварки, регулятора 3 напряжения холостого хода, системы 4 ис точник питания †ду-сварной шов, мо— дели системы 5 источник питания-ду- . га-сварной шов, состоящей из моделей источника питания, образованной блоком 6 и сумматором 7, модели дуги, образованной блоками 8-10 и сумматором 11, модели капли расплавленного металла,. образованной блоками 12 и

13 и.сумматором 14, модели вылета электрода,. образованной блоками 1518, сумматорами 19 и 20 и инвертором 21, модели привода 22 изменения скорости сварки, модели привода 23 подачи электрода, модели изменения глубины проплавления, обра— зованной блоками 24 и 25 и суммато- ром 26, модели изменения ширины шва, образованной блоками 27 и 28 и сум матором 29, модели изменения высоты усиления, образованной блоками 30 . и 31 и сумматором 32, модели измене. ния ширины обратной стороны шва, образованной блоком 33 и сумматором 25, шести корректирующих усилителей 36-41, шести узлов 42-47 за- 40 дания, восьми сумматоров 48-55, интегратора 56 усилителя 57, восемнадцати усилителей 58-75 с перемен., ным коэффициентом усиления, трех суммирующих устройств 76-78 и двух множительных устройств 79-80.

Система автоматического управления процессом сварки работает следующим образом.

В модели 5 моделируются процессы, 50 протекающие при сварке в источнике питания,. дуге, вылете электрода, приводе подачи электрода и приводе изменения скорости сварки, а также в сварочной ванне в процессе форми- 55 рования сварного шва. Передаточные функции звеньев модели имеют следующий вид:

16 Т p+1 11 Т p+1 > 16 р

>> . и

К„„К . К

>м . Гт „>»>>

24 > р+1 25 T р 1 21 т р 1 и . » П

Кщт . К Н К„, р» ; т

23 ТПР+1 » т p+1 5 Т Р1 п м о

T Р+1

П »ñ

or и коэффицент питающей сети по напряжению; динамическое и статическое сопротивления дуги; коэффициенты глубины проплавления по току и напряжению; коэффициенты ширины шва по току и напря.— жению; коэффициенты высоты усиления шва по току и напряжению.; постоянные времени питающей сети, дуги, сварочной ванны; постоянные времени плавления (определяется частотой переноса капли расплавленного металла капель) и вылета электрода (определяется теплоемкос ью вылета); коэффициенты саморегулирования по току через подогрев вылета электрода и по длине вылетаэлектрода; коэффициенты саморе. гулирования по .току и напряжению через плавление торца (капли) электрода, коэффициент изменения вылета электро-, да поскорости сварки. где *>,>ф > R ñò

Кит > r»

КШН

К т >Кон тис, а

Tn >TH >TS

Квт >Квд

Ктт > Ктн к*с тт

% Е. и тт . ТН BT

Т Р+1 1Ь T P+1 .к к B

1192920 ветствующих координат состояния от эа25

30 ник питада, скорость сварки и скорость подачи электродов соответственно;

На выходах моделей формируются сигналы, пропорциональные току -свар ки Зс, глубине проплавления ширине шва p, высоте усиления и ширине обратной стороны шва n . Напряжение на дуге U и ток сварки 3 измеряются непосредственно в процессе сварки.. Н, В, m, и, 3„, и V, являются координатами состояния сварочного процесса и наиболее полно отражают динамические и статические процессы, протекающие при сварке.

Выходы модели 5 подключены к соответствующим усилителям с переменными коэффициентами усиления.

Усилители 58-75 и суммирующие устройства 76-78 образуют обратную связь по напряжению на дуге, току сварки, глубине проплавления, ширине шва, высоте усиления и ширине обратной стороны шва, причем сигнал управле-. ния с первого суммирующего устройства 76 подается на регулятор изменения напряжения холостого хода, с второго суммирующего устройства 77 — на привод изменения Ч >, с третьего суммирующего устройства 78 — на привод подачи электрода. Коэффициенты обратно1 связи, т.е. коэффициенты усиления усилителей 58-75, рассчитываются по известной методике ис- ходя из математического описания модели сварочного процесса и выбранного критерия качества. Критерием качества выбран интегральный квадратичный критерий вида з= (х жук(и*о (цап сД, . < о г Т где х= сб, H B, m,, 0 ) -вектор состояния сис, темы истбчния-дугасварной шов;

V=(V „, Vñ.ü,×ï j aeKTop уп-ч равляющих переменных, 0„„,0,,0„ — напряжение холостого хо4

Й и R — матрицы, накладываюшие штраф на отклонения соотданных значений;

1О T — знак транспортирования.

Так как система источник питаниядуга-сварной шов описывается системой линейных дифференциальных уравнений, которые в векторно-матричной форме записываются в виде

dx (t) ° — = A Х,a)+Su(<) (г) где Я вЂ” матрица коэффициентов, характеризующая динамику объекта управления (динамику системы 4)

8 — матрица коэффициентов, характеризующая динамику исполнительных механизмов (привода 1 подачи электрода, привода 2 изменения скорости сварки и регулятора 3 напряжения холостого хода), то коэффициенты обратной связи могут быть найдены из решения уравнения

° Риккати

PAiA Р-P P ВВ P+a 0 (з) где P — единственное положительно определенное решение урав.нения (3) .

Уравнение обратной связи имеет вид. ° V(t)=-P "Ьт РХ (tl =-ÊÕ (<) (4) где K — матрица коэффициентов обратной связи, т,е. матрица

45 коэффициентов усиления усилителей 58-75.

В результате такого синтеза обратной связи и исходя из условия оптимальности (т.е. обеспечение минимума критерию качества) система автоматического управления не только устойчива, но и обеспечивает минимальные отклонения регулируемых параметров (7, 0, К, В, и )

55 от заданных значений. Выбор в качестве регулируемых параметров напряжения на дуге, тока сварки, глубины проплавления, ширины шва, высо30

S 11929 ты усиления и ширины обратной сторо1 ны шва объясняется тем что меньше

1 будет отклонение указанных величин от заданных значений, тем выше будет качество сварных соедине5 ний. Кроме того, учитываются динамические свойства приводов подачи электрода и,изменения скорости сварки.

Заданные значения регулируемых ве- I0 личин формируются в узлах 42-47 задания и сигналы рассогласования с сумматоров 48-53 подаются на соответствующие усилители с переменным коэффициентом усиления. 15

Сигнал управления на изменение напряжения холостого хода формирует— ся с помощью усилителей 58, 61, 64, 67, 70 и 73 и суммирующего устройства 76 по закону 20 и подается одновременно на регулятор 5 изменения напряжения холостого хода и модель источника 6 питания.

v, отклонение параметров от заданных значений.

Сигнал управления на изменение скорости сварки формируется с помощью усилителей 59, 62, 65, 68, 71 и 74 и суммирующего устройства 77 по закону s 5S А 62 Б Б+ 63 + ч сь и подается одновременно на привод 2 35 изменения скорости сварки и модель привода 22 изменения скорости сварки.

Сигнал управления на изменение скорости подачи электрода формирует— ся с помощью усилителей 60, 63, 66, 40

69, 72 и 75 и суммирующего устройства 78 по закону

=K6 АОД+ K) aH+K66d + K63dln+K dn+K ДТ

Упэ 6о А . 63 66 6Ь 12 И сВ. и подается одновременно на привод 1

45 подачи электрода и. модель привода 23 подачи электрода.

В результате любое отклонение тока сварки, напряжения на дуге, глубины проплавления ширины шва высоЭ

50 ты усиления или ширины обратной стороны шва компенсируется с помощью обратной связи управлением скоростью сварки, скоростью подачи электрода и изменением напряжения холостого хода, т.е. параметры / 8, LI H, g, и

55 постоянны в процессе сварки, что позволит получать высококачественные сварные соединения.

20 Ь

В процессе сварки под действием различного рода возмущений параметры системы источник питания-дуга †сварной шов изменяются. Следовательно, чтобы точность регулирования параметров сварки не снижалась при изменении параметров системы 4, необходимо корректировать модель 5 таким образом, чтобы она была адекватна системе 4 при . действии различногорода возмущений, Коррекция параметров системы источник питания-дуга-сварной шов

1 осуществляется с помощью корректирующих усилителей 36-41 по мощности сварочной дуги, величина которой определяется по изменению напряжения на дуге и тока сварки, которые можно измерять непосредственно в процессе сварки. Изменение мгновенного значения мощности сварочной дуги наиболее полно отражает изменение характеристик системы источник питания †ду-сварной шов 4 и служит информацией для коррекции параметров модели 5.

Действительное значение мощности сварочной дуги измеряется с помощью первого множительного устройства 79.

Сигнал, пропорциональный мощности сварочной дуги в модели 5, формируется с помощью второго суммирующего устройства 80. На выходе восьмого сумматора 55 определяется сигнал рассогласования, которым-корректируются параметры модели 5 системы источник питания-дуга-сварной шов.

В результате модель 5 подстраивается в процессе сварки при изменении внешних условий и действия помех на систему 4. Коэффициенты усиления корректирующих усилителей 36-41

/ определяются исходя из требуемого расположения корней характеристического полинома системы и из условия скорейшего затухания возможных рассогласований между параметрами системы .4 и модели 5 известными методами.

Для ликвидации статической ошибки в процессе регулирования в систему вводится интегральная составляющая отклонения выходного сигнала задания, которая формируется с помощью интегратора 56,. усилителя 57 с коэффициентом усиления, равным постоянной времени объекта управления (системы источник питания-дугасварной шов)-и шестого сумматора 53.

7 1l

Этим сигналом компенсируется статическая ошибка, которая равна нулю независимо от характера действующих на объект управления возмущений, так как здесь вводится астатизм первого порядка. Постоянная времени объекта управления, а следовательно, и коэффициент усиления усилителя S7 могут быть определены любым известным спосообом, В качестве базового образца выбран сварочный робот модели 111А, оснащенный системой автоматического регулирования напряжения на дуге, у которой низкая точность регулирования выходных параметров сварки, невысокое быстродействие, определяемое периодом сетевого напряжения, низкие динамические свойства, позво ляющие отрабатывать только медлен-. но изменяющиеся переходные процессы, невозможность .регулирования

92920 8 мгновенных значений тока в сварочной цепи и параметров шва, Применение предлагаемой системы позволит повысить быстродействие и точность регулирования выходных параметров сварочного производства.

Использование в контуре обратной связи всех параметров состояния позволяет исключить перенапряжение 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 для дуговой сварки, увеличить произ" водительность каждой иэ них эа счет снижения брака и воэможности сварки

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

1I92920

BHHHIIH Заказ 7207/14 Тираж 1085 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4