自由曲面復(fù)雜焊縫成形的解耦控制模型與試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著飛機(jī)向著“體積大”、“速度快”方向發(fā)展,采用多軸數(shù)控加工、具有氣動外形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整體壁板類構(gòu)件日益增多。由于這些結(jié)構(gòu)件空間位置的限制,普通有效的雙面焊接方法無法實(shí)施。針對航空焊接常見的自由曲面零件,如何保證成形質(zhì)量下,實(shí)現(xiàn)高效率的自動化焊接控制,是現(xiàn)代航空制造一個(gè)關(guān)鍵難題。
　　 本研究針對航空制造這一特點(diǎn),提出了自由曲面焊接質(zhì)量精確控制方法。即基于焊接熱過程解析公式的研究,獲得焊接正面熔池信息(正面熔寬與熔池熔長)與表征焊

2、縫成形質(zhì)量的信息(背面熔寬)的關(guān)系,進(jìn)而通過控制正面熔池信息達(dá)到控制焊縫成形質(zhì)量的目的。
　　 焊接過程是存在高噪聲干擾、有較大時(shí)滯和動態(tài)突變性的多種因素耦合過程,傳統(tǒng)的單變量控制無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。通過分析焊接工藝參數(shù)與焊接熔池信息的復(fù)雜耦合關(guān)系,建立了以焊接電流、焊接速度為輸入量,正面熔寬、熔池熔長為輸出量的雙變量控制模型。針對測試法建模的弊端,利用解析法建立數(shù)學(xué)模型。即通過解析公式推導(dǎo)出輸入與輸出的數(shù)學(xué)關(guān)系,進(jìn)行函數(shù)關(guān)系曲線

3、的擬合,與一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線對比,發(fā)現(xiàn)兩者相似,推導(dǎo)得到輸入與輸出的傳遞函數(shù)。對建立的雙變量耦合控制系統(tǒng),通過前饋補(bǔ)償解耦器消除輸入與輸出之間的耦合關(guān)系,將多變量系統(tǒng)拆解成兩個(gè)單變量系統(tǒng)。采用PI控制策略,消除輸出信號與給定量的偏差。設(shè)計(jì)了Smith預(yù)估補(bǔ)償器消除時(shí)滯對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
　　 通過MATLAB的Simulink的仿真試驗(yàn),證實(shí)前饋補(bǔ)償解耦控制器消除了輸入與輸出的耦合關(guān)系,PI控制器實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定控制,Smi