窄间隙TIG焊焊缝跟踪系统设计及研究
Study on Seam Tracking System of NG-IG Welding
在调查和分析国内外窄间隙焊接技术和焊缝跟踪技术的基础上,针对窄间隙TIG焊的特点,本文提出了一种基于虚拟仪器的窄间隙TIG焊缝跟踪系统的设计思想.在此基础上,通过硬件集成、控制策略研究以及软件设计三个部分开发了窄间隙TIG焊缝跟踪系统,并结合模拟跟踪实验结果验证了设计方案的可行性和系统的性能.本文首先根据焊缝跟踪原理,确定了基于虚拟仪器技术的窄间隙TIG焊缝跟踪系统的总体设计方案,虚拟仪器系统以常用计算机和PCI-6221E多功能数据采集卡为核心.此外,通过选用性能稳定可靠的高灵敏度焊枪位置传感器、信号调理电路,以及驱动控制系统和焊枪移动执行机构的设计,集成了窄间隙TIG焊缝跟踪的硬件系统.在构建硬件系统和系统分析的基础上,对焊缝跟踪系统的控制策略进行了深入研究.结合数字PID和模糊控制原理,通过数字PID控制器参数整定,模糊控制器的量化因子、控制规则的优化等步骤,完成了两种控制器的设计并进行了仿真性能比较.结果表明, PID控制和模糊控制都具有各自的缺点,PID控制难以处理控制精度和稳定性之间的矛盾,而模糊控制在小偏差时跟踪效果较差.于是,通过模糊-PID复合控制器结构的选取以及合适阈值的确定,获得了具有响应速度快、超调量小、精度高、仿真性能良好的模糊-PID复合控制算法,为控制系统的软件设计提供了参考依据.为了实现焊缝跟踪系统的功能,本文在以计算机和多功能数据采集卡为核心硬件、以LabVIEW为核心软件的虚拟仪器平台上开发了控制系统软件,应用标准的生产者/消费者设计模式,编写了包含信号采集、偏差信号转换、模糊-PID控制、步进电机驱动控制等各个子模块的控制程序,并设计了友好的人机交互界面,满足了系统对于各项控制参数在线修改和系统运行状态实时显示的要求.最后,利用所设计的基于虚拟仪器的窄间隙TIG焊缝跟踪系统进行了焊缝跟踪模拟实验,验证了模糊-PID控制策略的控制效果,并分析了焊缝跟踪系统精度和动态性能的影响因素.研究结果表明,模糊-PID复合控制算法具有良好的跟踪性能,基于虚拟仪器的窄间隙TIG焊缝跟踪系统符合实际应用的设计要求.
- 作者：
- 颜厚银
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 专业名称：
- 材料加工工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 唐新华
- 中图分类号：
- TG444.74；TG409
- 关键词：
- 窄间隙；TIG；焊缝跟踪；虚拟仪器；模糊-PID
- Narrow Gap；TIG；Seam Tracking；Virtual instruments；Fuzzy-PID