基于dsp的co2焊短路信号的小波检测

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1、万方数据第28卷第7期焊接学报v01．28No．72O07年7月TRANSACllONSOFTHEC王ⅡNA礴砸IDINGINSfITITIJllONJuly2O7基于DSP的C02焊短路信号的小波检测田松亚，吴冬春，孙烨，付炜亮(河海大学机电工程学院，江苏常州213022)摘要：简单介绍了连续和离散小波变换理论，结合c02气体保护焊电弧电压信号的特点从理论上论证了小波变换方法在波控c02焊中检测短路信号并给出短路控制信号的可行性。通过真、假短路信号及噪声信号的频谱分析，利用理论定性分析和数学公式的推导讨论了小波变换消除假短路信号和噪声信号干扰

2、的机理。利用Madab中的小波分析工具箱对实测所得的电弧电压离散数字信号采用不同的小波基进行小波变换分析，从分析中选出一套切实可行的小波变换数字滤波器组。最后在DSP(数字信号处理器)上编程实现短路信号的实时检测，验证了基于DSP的小波变换提高短路信号检测的实时性、准确性及可靠性。关键词：小波变换；短路信号检测；实时检测中图分类号：嗍文献标识码：A文章编号：0253—360x(20cr7)07—065一04田松亚O序言c02气体保护焊常采用短路过渡形式，广泛应用于中、薄板钢结构的焊接和全位置焊接的场合。但c02气体保护焊由于其自身的特点，短路过

3、渡过程中存在两个缺点，一是飞溅较大；二是焊缝成形不理想。目前公认飞溅产生的原因主要是由于短路初期发生瞬时短路和短路末期液桥金属发生汽化爆炸引起的。通过在短路的初期和末期减小焊接电源的输出电流来控制飞溅已成为一种共识¨J。因此对短路过渡过程的电流波形控制已成为控制飞溅的重要措施之一，而准确可靠地检测到短路信号和缩颈信号成为Co，焊机能否实施电流波形波控的决定因素。但是，c0，气体保护焊短路过渡过程的负载变化非常剧烈，存在一定的瞬态短路，即存在较多的假短路信号，同时作为信号源的弧压信号中还存在着大量的噪声，这些使常规方法即利用给定电压和di，d￡，

4、d“／dt的值比较大小很难准确可靠地检测短路信号。因此，作者提出基于DsP(数字信号处理器)的小波变换的方法来实现准确可靠地检测短路信号。作者分析了小波变换理论实时检测的可行性、可靠性，利用Madab仿真进行辅助设计得出一套切实可行的小波分析参数，在DSP上编程实现短路信号的实时检测。收稿日期：2006一05一121理论分析1．1连续和离散小波变换理论设戈(f)∈L2(R)是平方可积函数，9(￡)称为基本小波或母小波的函数。则9(z)称式(1)为石(t)的小波变换【2]。呢(n，r)=志∽)P+(等)山=[戈(#)，‰(；)]，(1)式中：o>

5、0是尺度因子；r是平移因子，其值可正可负。符号(戈，y)代表内积，它的含义是[戈(￡)，y(t)]=I茗(f)y。(f)d￡，(2)‰(f)=≠P(孚)，(3)√nⅦ式中：上标*代表取共轭。上式是基本小波的位移与尺度伸缩。由小波的定义可知，小波变换的实质就是用信号在由一组基函数构成的空间投影来表征该信号。如果9(￡)源函数的傅里叶变换表示P(∞)满足容许条件式(4)，可以认为9(∞)是幅频特性比较集中的带通函数，则小波变换便具有表征待分析信号x(∞)(是石(￡)源函数的傅里叶变换的表示)频域上局部性质的能力。c。：f。血鱼Ⅱd叫<∞。(4)采用

6、不同口值做处理时，各舻(蚴)的中心频率和带宽都不一样，但品质因素却不变。所以，从频域万方数据焊接学报第28卷上看，用不同尺度做小波变换可认为是用一组带通滤波器对信号进行处理[3J。当n值小时，时间轴上观察范围小，而在频域上相当于用较高频率作分辨率分析信号，即用高频小波做细致观察。当。值较大时，时问轴上考察范围大，而在频域上相当于用低频小波做概貌观察。如式(3)和式(4)所示。离散平滑逼近信号z：¨=∑．1z‰埘)菇∥，(5)离散细节信号d：¨=∑^。(。地)戈了’，(6)式中：z?’为连续信号戈(f)经离散后得到的离散原始序列；z：”和d：”为

7、经一级分解后的离散平滑逼近信号和细节信号；％和^，为一级分解的低通和高通滤波器。1．2区分白噪声信号和真、假短路信号的机理分析当信号的采样率满足Nyquist要求时，归～频带必将限制在一兀～丌之间。如果将原始离散信号占据的总频带(O～丌)定义为空间K，经第一级分解后％被划分成2个子空间，频带为0～7r／2的低频空问¨和频带为一2～兀的高频空间形，。经第二级分解后K又被划分为频带为0～兀／4的低频空间坞和频带为7c／4。兀／2的高频空间职。这种子空间划分过程可以记作为K=y1o形1，y。=％o职，⋯⋯，K—l=Ko形。(7)因为频带不交叠，处理后

8、两路输出必定正交，而且由于带通信号的采样率决定于其带宽，而不是决定于其频率上限[3]，因而两种输出的带宽均减半后，采样可以减半而不致引起信息的丢失。同