基于西门子840dsl的搅拌摩擦焊主轴力控制技术研究与实现

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1、学校代码：10255学号：2150639基于西门子840Dsl的搅拌摩擦焊主轴力控制技术研究与实现RESEARCHANDREALIZATIONOFAXIALFORCECONTROLTECHNOLOGYINFRICTIONSTIRWELDINGBASEDONSIEMENS840DSLSYSTEM学科专业：机械工程作者姓名：李乔指导老师：王庆霞副教授答辩日期：2018年5月29日硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注李蓓智教授答辩委员会主席东华大学胡俊教授答辩委员会委员东华大学吕志军副教授答辩委员会委员东华大学杜正春副教授答辩委员会委员上海交通大学周虎副教授答辩委员会委员东

2、华大学吴重军讲师答辩委员会秘书东华大学东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或

3、部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日东华大学硕士学位论文摘要基于西门子840Dsl的搅拌摩擦焊主轴力控制技术研究与实现摘要搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，FSW）可以有效避免热裂纹，气孔等熔化相关的缺陷，具有焊接变形小、低污染、低耗能等优点，在航空航天、轨道交通、船舶等行业广泛应用于高强度铝合金焊接。但是，FSW接头力学性能和表面质量对工艺参数和焊接条件变化十分敏感，并且在焊接过程中搅拌工具会对工件施加较

4、大的压力，焊接设备和被焊工件在主轴力的作用下均可能产生变形，使设定的工艺参数偏离预期值，无法保证焊接加工的稳定性。为解决这一问题，本课题开展了主轴力监测与控制技术研究工作。研究内容主要包括：首先分析课题组已有FSW主轴力传感器的基础上，进行了电压输出模块硬件选型与通讯编程；使用动态数据交换的通讯方式完成了主轴力传感器从无线信号接收到主轴力在840Dsl系统中NC与PLC通讯的整个流程；并结合西门子840Dsl数控系统的硬软件，对FSW主轴力控制方案进行了总体设计。然后采用系统辨识的方法建立了搅拌摩擦焊加工过程模型，确定了基于Hammertein非线性模型的结构形式，使用最小二乘与带有遗

5、忘因子的递推最小二乘方法分别对Hammerstein的静态非线性环节与动态线性环节进行参数辨识，并对主轴力的测量值与建模仿真值进行比对与测试。采用广义预测控制方法建立了主轴力控制器，并在Matlab软件中开展了主轴力控制算法的跟踪性能与抗干扰性能仿真实验与分析。I东华大学硕士学位论文摘要接着分析了搅拌摩擦焊主轴力控制软件的功能需求，使用C++编程语言实现了非线性模型广义预测算法，以及主轴力同步控制算法，并利用西门子QT软件开发包开发了主轴力监控软件；并将监控软件的人机交互界面嵌入到了西门子840Dsl的数控系统中。最后，在焊接设备上开展了主轴力控制的工程测试，分别测试了控制器的跟踪性能

6、与抗干扰性能；测试结果表明本课题提出的广义预测控制算法性能良好，可以使得实际主轴力控制到期望主轴力±5%范围内，并且具有很好抗干扰性能。关键词：搅拌摩擦焊；主轴力模型；系统辨识；广义预测控制；数控系统二次开发II东华大学硕士学位论文ABSTRACTRESEARCHANDREALIZATIONOFAXIALFORCECONTROLTECHNOLOGYINFRICTIONSTIRWELDINGBASEDONSIEMENS840DSLSYSTEMABSTRACTFrictionstirwelding(FSW)caneffectivelyavoidthedefectsrelatedtohotc

7、rack,gasholeandsoon.Ithastheadvantagesofsmallweldingdeformation,lowpollutionandlowenergyconsumption.Itiswidelyusedinhighstrengthaluminumalloyweldinginaerospace,railtransportation,shipandotherindustries.However,themechanicalp