基于模糊PID控制的高转速铝合金薄板搅拌摩擦焊接过程控制研究

针对高转速搅拌摩擦焊薄板焊接过程中由于板材变形、机械结构变形等原因导致的焊接过程中产生轴向压力变化导致焊接质量下降问题,文中设计了一套基于模糊PID控制的FSW轴向压力控制系统.利用模糊推理对PID参数进行实时调节,实现了搅拌摩擦焊轴向压力控制,实验表明:该控制系统轴向压力控制误差为3.05%,且具有良好的稳定性,能够保证焊接轴向压力在目标值附近浮动率小.在轴向压力闭环控制下的焊接接头成形美观,无明显焊接缺陷,焊接接头力学性能优异,稳定性较好,平均抗拉强度达239 MPa,约为母材的82.4%,相比无轴向压力控制下的接头,平均抗拉强度提高了4.7%.

永磁同步电动机起动过程控制

为了提高永磁同步电动机驱动系统的起动性能,提出了一种改进的转子初始位置检测方法。基于电机高频电压模型和凸极效应,运用高频注入法,使转子初始位置信号调制到高频载波上,输出信号经过具有正弦鉴相环节的锁相环路检测转子初始位置;对高频注入法和锁相技术相结合推定转子初始位置的方法进行了理论分析,并基于广义预测算法的直接转矩控制方法对起动过程转矩进行控制。实验结果表明,采用的方法是正确可行的,转子位置得到了准确检测,起动过程的速度变化具有较好的平缓控制效果。

双轴肩搅拌摩擦焊接实验系统研究

为了适应现代焊接实验教学的需要,研究了双轴肩搅拌摩擦焊接的数字化控制过程,介绍了双轴肩搅拌摩擦焊机、双轴肩搅拌摩擦头的基本设计原理,并对焊接过程中搅拌头的轴向力、平面受力及前导区温度进行了检测。基于搅拌头轴向力信号、平面力信号及前导区温度检测等环节,利用分体式双向可调节的双轴肩搅拌摩擦头,配以合理的焊接工艺参数,实现不同厚度试板的焊接与参数监控;最后基于Smith预估算法构建了搅拌头前导区温度控制系统。该套实验系统功能齐全,具备开放性和灵活性,可根据教学要求开展多项实验,有利于培养学生的科研素养、动手能力。

6061铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接扭矩特征

为了揭示6061铝合金BTFSW过程中焊接扭矩的特征,对扭矩进行了检测,分析了扭矩信号的频谱特征、扭矩峰值的变化特点、扭矩振荡与焊缝表面成形的关系.研究表明扭矩具有周期性,主要频率接近于2倍主轴旋转频率值,频差的存在说明了焊接区域存在搅拌头与不同速率的金属流之间挤压摩擦的叠加行为;当接触点温度小于500℃时,扭矩峰值随着焊接速度的提高而变大,随着旋转速度的提高而变小;正常较小的扭矩振荡不影响表面成形,但当接触点温度大于550℃、上下轴肩间距过小或焊接速度过小或旋转速度过大等时,扭矩易发生异常振荡.对进一步揭示深入研究BTFSW焊接机理、搅拌头三维受力特征及其与焊接参数、焊接质量的关系有着重要的推动意义.

电动汽车驱动系统广义预测控制

为了柔化电动汽车运行时速度变动带来的冲击,采用了单变量隐式广义预测控制的方法对电机电流进行控制,提出了一种基于车辆变速舒适度控制的加速度模型。在对电动汽车用永磁同步电动机驱动系统分析的基础上,建立了控制对象受控自回归滑动平均模型;为了避免系统参数变化引起的模型失配,采用递推最小二乘法对模型参数进行了辨识,并对电动汽车的启动和变速过程进行了仿真,得到了速度、加速度曲线。仿真结果表明,在变速始端和末端,加速度和加加速度均趋于零,说明了该方法能够实现对电动汽车变速过程的有效控制且鲁棒性强,具有实用价值。

电动汽车纵向加速度控制仿真研究

提出一种基于电动汽车变速均匀性控制的加速度模型,在对永磁同步电动机驱动系统分析的基础上,建立系统单变量CARIMA模型,采用递推最小二乘法对模型参数进行辨识;并设计速度预测PI控制器,以柔化加速度变动带来的冲击。最后对电动汽车的变速过程进行仿真,仿真结果表明:该方法能够实现对电动汽车纵向加速度的有效控制且鲁棒性强。

基于广义预测算法的直接转矩控制仿真

针对电动汽车电机驱动控制系统结构复杂且系统性能受负载不确定性影响的缺点,提出了一种用于永磁同步电动机广义预测控制方法。从驱动系统动力学方程出发,建立了不依赖电机控制参数的驱动系统CARIMA模型,并采用广义预测算法对驱动系统的给定转矩进行了控制;为了获得良好的变速性能,实现了基于GPC的PMSM驱动系统的直接转矩控制;最后对系统变速过程进行了仿真。仿真结果对比表明,这种控制结构和方法能够实现对转矩变化的有效控制,使速度变化具有较好的平缓控制效果,在工程实际中有很大的应用潜力。

永磁同步电动机转子位置检测研究

采用基于电机凸极的高频电流注入法跟踪转子位置,利用高频电流信号的注入,提取含有位置信息的电压信号;所提取的信号经过高通滤波器后,使用外差法对其进行处理,再通过卡尔曼滤波与PID算法结合的位置观测器,得到转子位置信息;最后对永磁同步电机转子位置检测进行仿真。

无线数字检测技术在焊接环境中的应用

为了实现焊接环境有毒气体浓度的监控,设计了一种基于无线检测技术的气体报警系统。系统采用自定义无线通信协议,实现了监测区域内各探测器节点与主机之间的通信。系统由以单片机为核心的主控器、基于CC1100芯片的现场浓度探测器、触摸式人机界面组成。详细介绍了工作原理和系统结构、软件设计。该系统通过实际组网测试,运行结果表明系统性能稳定,具有较强的抗干扰能力和数据通信能力,应用价值高。

基于MTPF永磁同步电动机直接磁链控制

为了提高永磁同步电动机的调速性能,提出了基于最大转矩/磁链的定子磁链直接控制的方法,研究了基于空间矢量脉宽调制的永磁同步电动机过调制技术。在控制过程中磁链比较环节的定子磁链给定不再是一个恒定的值,而是根据负载转矩和给定转速来动态调整,从而通过直接控制定子磁链来实现转矩的控制。实验证明基于最转大转矩/磁链定子磁链直接动态控制方式要明显优于传统恒定磁链的直接转矩控制方式,定子磁链的动态控制减少了转矩建立的时间,无需电流控制器,具有减小磁链和转矩脉动的特点;直接磁链控制算法与过调制技术相结合后,在弱磁控制区也实现了快速的动态转矩响应特性。

基于CAN总线的焊接封闭现场有毒气体检测控制系统

设计了一种基于CAN总线焊接现场气体检测报警系统。为了解决检测系统抗干扰性能较低、节点容量较少的问题,采用以ISO/OSI模型为基础的CAN总线技术,实现了监测区域内各探测器节点与主机之间的通信。详细介绍了其工作原理和系统结构、软件模块设计。主控制器以DSPTMS320F2812为控制核心,用于处理各节点数据和人机交互;探测器以PIC16F877A为控制核心,包括气体浓度数据采集电路、CAN总线通信电路、红外标定电路。系统运行表明,系统设计合理、性能稳定,具有较强的抗干扰能力和数据通信能力。

永磁同步电动机弱磁运行控制研究

为了提高永磁同步驱动电机弱磁运行性能,根据驱动系统的特点,在详细分析永磁同步电动机驱动系统弱磁运行过程的基础上,分析了不同弱磁参数对电机转矩、扩速能力的影响,指出了永磁同步电动机直接转矩弱磁控制基本原则和最佳的弱磁率范围为[0.25,0.75]。在弱磁运行过程中,根据转速的变化不断调节磁链和转矩给定,在空间电压矢量调制的基础上,实现了永磁同步电动机直接转矩弱磁运行,实验结果证明了文中提出的控制算法和控制方法的正确性和有效性。

基于zlIP协议的焊接设备网络化接口设计

在数字化焊接技术中,实现远程维护和控制是重要的发展方向之一。本文介绍了基于zlIP协议的焊机网络化接口、设计原理以及如何在单片机里运行zlIP协议栈等技术。该网络接口能安全可靠地通过局域网传输数据,实现对焊机远程访问和控制的功能。焊机网络化接口的实现,将有助于控制焊接参数,提高焊缝质量、追踪质量问题,实现生产监控和统一管理。此项成本低廉的设计将大大加深网络技术在焊接领域的应用程度。

搅拌摩擦焊接过程控制研究综述

从搅拌摩擦焊接过程参数测控角度出发,综述了焊接区域温度、轴向力等主要过程参数的检测方法、各参数的影响因素分析;重点回顾了搅拌摩擦焊接过程参数的控制研究,主要内容为焊接区域温度的控制、轴向力控制、扭矩控制、压入深度控制、焊缝自动跟踪,当前主要采用PID控制器;由于过程模型的建立较为困难,自适应控制是较为理想的方法,控制律和稳定设计是关键环节。进一步加强焊接机理研究,建立更为完善的过程控制模型,才能进一步实现搅拌摩擦焊接过程的高度自动化、智能化。

Cu-Cr-Zr合金连续驱动摩擦焊接头热力演变

采用热电偶—蓝牙技术测量了Cu-Cr-Zr合金连续驱动摩擦焊接头特征点的温度,并研究接头温度与组织演变的关系.结果表明,各特征点温度均存在一定程度的滞后现象;沿工件径向,2/3R区温度最高;沿工件轴向,摩擦界面处温度最高;旋转工件的温度略低于移动工件.在热力耦合作用下,接头焊合区形成细小的等轴晶粒,热力影响区晶粒被不同程度拉长,呈塑性流线.从轴心到外径动态再结晶区的宽度增加,晶粒粗化,而与其相邻的热力影响区径向塑性流动的趋势减小.此外,与旋转端相比,移动端接头具有较高的峰值温度和再结晶峰值宽度,所对应的焊合区晶粒也较为粗大.

焊机电子管理装置的研制

针对如何实现在非固定工位和电磁干扰较强环境下有效监控电焊机的问题,设计了一种基于PIC16F877微控制器芯片的焊机电子管理装置。该装置利用MFRC500芯片完成操作卡的信息读写操作,读写焊工身份信息、焊机操作和工艺参数信息,用于分析和管理。样机的实际使用情况表明本装置在保证焊机灵活性的同时,实现了焊机操作过程的监控。对规范焊工操作、方便焊后质量复查和节省生产成本具有一定的指导作用。

基亏项目式教学的焊接自动化系列课程衔接研究

课程衔接是课程组织的一部分，而当前关于焊接课程研究主要偏向于狭隘的“课程成品”衔接。本研究突破了同心圆式课程组织方法．采用项目教学方式对本科／研究生课程的衔接进行实践研究。实践表明，在网络环境中这种课程衔接模式能够改善学习动机和学习积极性，但需要灵活使用课程组织方式，兼顾课程的连贯性和统整性，这对当下的新课程改革具有重要意义。

对博客辅助的PBGS教学模式的实践与思考

如何寻求有效途径来提高学生综合学习能力,是当前教学改革的重点之一。针对焊接技术与工程专业本科学生的培养特点,通过构建教学项目、对学生合理分组,采用博客辅助的PBGS教学模式有利于提高学习者的自主学习能力。开放式、气氛自由的博客环境则有利于学生进行分析和讨论,分组学习则能培养学生的团结协作能力。

搅拌摩擦焊机控制器的研制

搅拌摩擦焊机控制器的研制是研究FSW技术的关键之一.针对不同材料、不同规格工件时,必须使用不同的规范进行焊接,并且能在一定范围内调节摩擦功率,这也是该焊机所必须具备的性能.论述了以电流限值作为力矩自适应调节的方法,以变频调速技术为基础的主轴转速调节手段,从而保证了摩擦头在较大转速范围内改变且运行稳定,满足了不同板厚时的热量需求.同时利用MCGS软件实现了对焊接参数的控制、读取和显示.实际运行表明,该焊机控制器完全满足了设计要求.

一种新的永磁同步电机直接转矩控制方法

提出了一种新的无速度传感器永磁同步电机直接转矩控制方法。针对内埋式永磁同步电机直接转矩控制存在较大脉动转矩和逆变器的开关频率不恒定的缺点,设计了一种自适应模糊控制器确定占空比的方法。与其它基于自适应模糊控制器的直接转矩方法不同,这种自适应模糊控制器通过控制正反电压矢量作用时间,在每一采样周期计算出最优占空比。该控制器输出部分的比例因子可以根据转矩的变化趋势经自适应机构的模糊规则库在线调整,不仅可以使永磁同步电机直接转矩控制系统保持恒定的开关频率,而且可以有效地减小磁链和转矩脉动,特别是低速时的转矩脉动。为了获得高性能的无速度传感器永磁同步电机控制系统,设计了一种无速度传感器方案。理论分析和仿真实验结果证明了自适应模糊永磁同步电机直接转矩控制策略的有效性。