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随着铝合金在交通运输、航空航天等行业的广泛应用,铝合金机器人MIG焊技术在这些领域的应用日趋普遍。为提高生产效率,解决焊接结构质量稳定性的问题,有必要对铝合金机器人MIG焊接自动控制技术进行深入研究。近年来,针对碳钢脉冲TIG焊过程的控制问题,科研人员进行了广泛的研究,一些成果已成功应用于生产领域。但对于铝合金材料,不仅TIG焊过程控制的研究很少,针对机器人焊接领域普遍采用的脉冲MIG焊过程自动控制的研究几乎为空白。这是因为一方面铝合金表面反射全波段可见光,熔池与母材金属的灰度对比度很低,且MIG焊时电流较大,弧光干扰强烈,普通的光学传感器无法获取铝合金焊接熔池区域的图像,导致基于视觉传感的铝合金熔池信息检测过程失败;另一方面焊接熔池动态变化过程是一个具有强非线性、多变量耦合作用以及存在大量随机不确定性因素的高度复杂过程,因此很难得到熔池动态特征的解析数学模型,使得铝合金脉冲MIG焊接熔池的动态过程建模成为焊接界和控制界的一大难题,也是实现铝合金机器人MIG焊接自动控制首先需要解决的问题。 工艺研究是实现铝合金脉冲MIG焊熔宽实时传感和建立熔池动态模型的基础。本文针对脉冲焊规范参数对铝合金脉冲MIG焊熔宽变化的调节规律进行了深入研究,同时研究了铝合金脉冲MIG焊工艺与熔池图像采集的关系。 针对铝合金脉冲MIG焊熔池视觉检测和图像处理问题,本文在已有研究成果的基础上设计了基于被动式视觉传感原理的滤光系统,解决了电弧光对成像的干扰问题,成功获取了清晰的熔池图像,并通过形态学图像处理算法提取了熔宽特征信息,为铝合金脉冲MIG焊熔池动态过程建模和熔宽自动控制控制系统设计打下了基础。 MIG焊过程熔滴过渡过程复杂,影响焊接质量的参数多,相互间耦合性强。为了对铝合金脉冲MIG焊熔池动态过程特性有一个基本的认识,以实现对脉冲MIG焊熔池变化过程的有效控制,本文对铝合金脉冲MIG焊熔池动态特性进行了系统辨识,获得了脉冲MIG焊熔池动态过程中分别以基值电流、送丝速度、占空比和焊接速度为输入,以熔池正面熔宽为输出的四个个单入单出(SISO)过程的传递函数模型,并对模型进行了检验验证。所建模型有助于研究铝合金机器人脉冲MIG焊熔池动态过程的受控性能,对改善其控制系统设计具有参考价值和指导作用。 根据熔池动态过程辨识结论,采用辨识所得的数学模型,对铝合金脉冲MIG焊熔宽PID控制器和智能控制器进行了仿真研究,比较了传统控制方法和智能控制方法在调节系统性能上的差异,为控制器设计提供了实验依据。