基于实时目标机的TIG焊熔宽视觉传感与控制系统研究

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1、硕}j学付沦文摘要研究复杂焊接过程时，离线仿真的方法对数学模型精度的要求较高，其应用受到局限，而实时仿真方法可以直接在硬件回路中进行仿真研究，不受系统数学模型的限制，有很大的应用前景。所以，为了将实时仿真方法应用于复杂焊接过程的研究做些尝试和经验积累，本文采用基于xPC协get(实时目标机)的实时仿真方法对脉冲TIG焊熔宽视觉传感的模糊控制过程进行了试探研究，并取得了满意的控制效果。首先，本文设计了TIG焊电流闭环控制实时仿真方案，搭建了实时仿真实验平台，并做了多种电流波形的控制实时仿真试验，结果既表明了基于xPCTarget的实时仿真方法在TIG焊电流闭环

2、实时仿真与控制方面是可行的，又显示出该方法的高计算能力和很好的实时性特点。然后，又在TIG焊电流闭环实时仿真实验平台上增加了熔宽视觉传感子系统，进一步将该方法尝试应用于脉冲TIG焊熔宽视觉传感的模糊控制过程实时仿真，即通过对正血熔池宽度的实时监测，相应调整TIG峰值电流，达到控制焊缝正面成形的目的。在该系统中，首先通过焊接区传感图像的灰度值总和的大小判断出电流是否进入基值，从而准确判断出熔宽采样帧。然后，限制熔宽提取的有效边缘检测范围，既减少不必要的计算时间，又避开对熔池边缘检测干扰最强的熔池头部的电弧区和熔池尾部的鱼鳞纹反光区，提高了熔宽提取的精度。接着，

3、以熔宽偏差和熔宽偏差变化率为输入量，输入Sugeno型双输入单输出模糊控制器，最后输出为TIG峰值电流控制量的变化量。如此循环，直至控制信号结束。为了验证控制效果，本文采用了散热条件不均的梯形薄钢板堆焊试验，恒规范时焊缝宽度在散热条件差的区域明显变宽，最大波动为3mm，直到焊缝出现稍微塌陷宽度才稍有下降，基于xPCTarget的实时模糊控制的焊缝宽度变化不大，熔宽波动范围为±lmm。关键词：TIG焊：熔宽控制：实时目标机；实时仿真：视觉传感；模糊控制；PID；llIAbstractlogettheaccuratesystemmodelandcontrolar

4、ithmeticofcomplexweldingprocessisVe巧di艏cult，andtheresultsofresearchingcomplexweldingcontrolprocessarelessreliabilitybyusualmethodofsimulation．SotheReal．time(RTlsimulationmethod’ssignificanceshouldbepayanention，studyingthecontrolprocessottargetsystemdirectlyinthehardwareloopwithouta

5、nymodelandarithmeticbyusedtheRTsimulationmethodisfeasible．SomekeyproblemswerestudiedinthispapertOtlytoinVestigatecontrolcomplexweldingprocesswitllI汀simulationmethods．FirStly，t}leRTsimulationexperimentofthecullrentclosed．100pPIDcontrolfortheTIGweldingprocesswasperfornledwiththeRTsim

6、ulationplatfornlconstmctedonthebasisofMatlab／SimulinkofxPCtargetmodule，Intheexperiment，theoptimumcontrolparameters、vereselectedwiththemethodOftrialanderror，andthesquareandcompIexwaVesontherangef．rom1．OHztoO．1Hzweresimulatedforonlinecontr01．Itwasrecognizedfromtheexperimentalresultth

7、atoptimumcontrolparameterscouldbeobtainedwithonlinesimulationonthebasisofxPCtargetmoduleinMatlab／SimulinkandtheRTsimulationmethodwaShi曲speedofcomputeandperl’ectreaJ—timecapability．Secondb，，anotherVisionsensingsubsystemfortakingandprocessingtheimageofthepulsedTIG、Vekiingpoolhasbeena

8、ddedinthecurrentclosed．100