焊接方法与设备-4电弧焊自动控制基础

2019/10/41第四章电弧焊自动控制基础§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统一、自动调节的必要性及基本要求1.自动调节系统的类型控制器控制对象K执行检测UoUiUistart2019/10/422.自动调节的必要性开环调节系统闭环调节系统—反馈控制控制系统焊接自控调节特点：开环控制方式一般是不稳定的，但对于一些特定情况，在系统内反馈作用下也是一种稳定系统在焊接中反映焊接熔池形状的热源（Ia，Ua）、填充材料速度Vf和焊接速度Vw，总是受到一些外界的干扰，发生扰动，因此必须加以识别并调节，否则易使焊接过程受阻，或焊接质量不能保证。第四章电弧焊自动控制基础2019/10/43§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统3.对调节系统的基本要求一、自动调节的必要性及基本要求静态误差小新稳定工作点被调量稳定值与初始稳定值之差稳定性是指系统受干扰或给定控制信号U阶跃突变离开稳定平衡状态，而在干扰停止后能恢复到新稳定状态的能力I静外U工件介质VF02019/10/44§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统3.基本要求动态品质好动态调节过程短。P91图4-2，4-3。Y(t)被调量y(t)-y0偏差量。超调量:衰减度:)()(maxyyypmax1maxyyy2019/10/45§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统2019/10/46§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统2019/10/47§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统二、熔化极等速送丝电弧自身调节系统u=KI+b2019/10/48§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统（一）等速送丝自身调节系统静特性讨论：长弧条件下：ifaKVI短弧条件下：aiuifaUKKKVIVf↑→曲线右移Lf↑→曲线左移fmauaimVVUKIKV2019/10/49§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统（二）等速送丝自身调节系统的精度1.弧长波动时的自身调节精度fmmaaaaauaimauaimVVVUUIIUKIKVUKIKV010101111000;2019/10/410§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统见图4-4（b）当焊枪与工件相对高度不变时，送丝速度变化，弧长L能稳定，无静态误差。缓降外特性电源，调节能力强。2019/10/411§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统2019/10/412§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统（二）等速送丝自身调节系统的精度2.网路电压波动时的自身调节误差2019/10/413§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统（三）等速送丝自身调节的灵敏度动态品质反映：敏感性等速送丝的熔化极电弧焊过程中，弧长干扰能依靠焊丝熔化速度变化所产生的自身调节作用得以补偿auaimUKIKU影响因素焊丝直径和电流密度电源外特性电弧长度焊丝成分和气体介质2019/10/414§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统（四）等速送丝熔化极电弧焊的电流、电压调节方法1.调节范围2019/10/415§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统长弧时0UIvfminvfmax1UomaxUominB2019/10/416§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统短弧时0UIvfminvfmax212019/10/417§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统双旋钮法单旋钮法调送丝速度（I），U按适当比例给定2.调节方法2019/10/418§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统三、电弧电压反馈变速送丝调节系统（一）电弧电压反馈变速送丝调节的工作原理1.G-M驱动方式)(cafUUKV优点：短路回抽引弧，无触点换向2019/10/419§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统2019/10/420§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统2.弧压反馈晶闸管整流式驱动)(cafUUKV特点：不可能实现送丝电机无触点换向和回抽引弧0fV2019/10/421§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统+-+-2019/10/422§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统（二）电弧电压反馈变速送丝调节器的静特性)(cafauaimfmUUKVUKIKVVVauicuaIKKKUKKKU假定K，Ki，Ku为常数，则tgKKKdIdUuiaaβIaUaUa02019/10/423§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统（三）电弧电压反馈变速送丝调节过程、精度和灵敏度1.电弧电压反馈调节过程)(11cafauaimUUKVUKIKV2019/10/424§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统U0O1O0II1I00U1Ul0l12019/10/425§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统（三）电弧电压反馈变速送丝调节过程、精度和灵敏度2.电弧电压反馈调节精度弧长波动时的调节精度电网电压波动时的系统误差2019/10/426§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统焊枪高度变化l0l1O1’O0UI0影响不大2019/10/427§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统网压波动O0’O1O0UIO陡降特性电源静态误差小2019/10/428§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统2.电弧电压反馈调节精度电弧电压反馈调节灵敏度K电源外特性电弧气氛介质影响因素afUKV2019/10/429§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统（四）电流与电压调节方法粗丝情况UcmaxUcminBAUI0DC2019/10/430§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统细丝情况焊丝变细需要对应调节K值U0I2019/10/431§4-1熔化极自动电弧焊的自动调节系统四、焊接电流反馈变速送丝调节系统auaimmfafcfUKIKVVVIKUKV)(aifuifcaUKKKKKKKKUI调节原理：采样Ia，执行Vf→Ua稳定2019/10/432§4-2恒速调节系统一、应用场合及要求1.利用场合2.要求送丝控制移动电弧—小车变位器功率输出要求30~200W（2KW）--伺服电机变速范围1：10（1：20）满足上述要求一般常用晶闸管可控整流电路和晶体管（场效应管等到）脉宽调制电路（PWM）2019/10/433§4-2恒速调节系统二、晶闸管整流驱动电路（一）主电路常用形式2019/10/434§4-2恒速调节系统二、晶闸管整流驱动电路1.电枢电压负反馈（二）常用反馈环节直接迭加式电枢电压负反馈电枢电压负反馈和电枢电流正反馈电势负反馈测速发电机负反馈2019/10/435§4-2恒速调节系统M)(UUKvi2019/10/436§4-2恒速调节系统M2019/10/437§4-2恒速调节系统1.电枢电压负反馈间接迭加式2019/10/438§4-2恒速调节系统二、晶闸管整流驱动电路2.电枢电压负反馈和电枢电流正反馈mUUUufiff2019/10/439§4-2恒速调节系统2019/10/440§4-2恒速调节系统二、晶闸管整流驱动电路3.电势负反馈EmRRRUUmURRRRufiffim1434)(1345则它可使电动机任何转速干扰都得以补偿，自动调节精度相当高。但因R5、Rim的发热，易使上式不匹配。因此只有采用测速发电机最为理想。2019/10/441§4-2恒速调节系统二、晶闸管整流驱动电路4.测速发电机负反馈2019/10/442§4-2恒速调节系统（二）动态特性的改善1.防止振荡2.限制起动冲击–电流大三、晶体管驱动电路（一）、模拟式晶体管驱动电路模拟式晶体管驱动电路开关式晶体管驱动电路2019/10/443（一）、模拟式晶体管驱动电路电压负反馈与电流正反馈2019/10/444（二）、开关式晶体管驱动电路图12019/10/445§4-3电弧焊的程序自动控制一、控制对象和要求（一）、对象弧焊电源、送丝，引弧，小车，摆动机构，送气阀VwVf电源2019/10/446§4-3电弧焊的程序自动控制一、控制对象和要求（二）、基本要求提前送气和滞后关气----气保护焊可靠地一次引燃电弧熄弧时保证填满弧坑2019/10/447§4-3电弧焊的程序自动控制I2019/10/448§4-3电弧焊的程序自动控制图12019/10/449§4-3电弧焊的程序自动控制二、程序自动控制类型和实现方法（一）、程序自动控制基本类型时间转换。按时序（程序设定）计时执行行程转换。焊缝长度到熄弧（起弧）条件转换。以电弧引燃或熄灭，执行I，U等转换（二）、程序自动控制的实现方法继电器程控无触点程控可编程控制器程控2019/10/450§4-3电弧焊的程序自动控制1.继电器程控是通用电弧焊机的常用方法。它由开关、按钮、继电器、接触器和电磁阀等电器元件按一定的逻辑条件组合而成。逻辑运算或C=A+B（并联关系）与C=A˙B（串联关系）非C=A（常开、常闭关系）特点：电路简单，制作方便，但使用寿命及可靠性低，灵敏度小2019/10/451§4-3电弧焊的程序自动控制继电器程控-气阀继电器程控-继电器111KTKSYV2212SKTKK2019/10/452§4-3电弧焊的程序自动控制3.可编程控制器程控2.无触点程控利用分立元件，IC逻辑电路及晶体管、晶闸管功率开关器件等构成的无触点程控取代上述继电器系统，提高频度和使用寿命。—天焊厂4万小时以单片机为中心构筑的PLC系统，依靠梯形图编程器，软件编制实现上述程控功能，柔性好，适应性强。—智能焊机、弧焊机器人2019/10/453§4-3电弧焊的程序自动控制电容充放电式三、电弧焊程序控制电路的基本环节电路（一）延时控制电路脉冲计数式1.电容充放电式并联电容晶体管延时电路单结晶体管式晶闸管式晶体管式555集成定时器式延时控制电路引弧控制电路熄弧控制电路2019/10/454§4-3电弧焊的程序自动控制并联电容用途：滞后关气特点：简单、控制精度不高，调节不方便KTRKTsKTMKTKTsUURCtUUURCtlnln21吸合延时：释放延时：2019/10/455§4-3电弧焊的程序自动控制并联电容延时电路2019/10/456§4-3电弧焊的程序自动控制晶体管延时电路单结晶体管式bbbbbbUUUCRRtsln2)64(12019/10/457§4-3电弧焊的程序自动控制2019/10/458§4-3电弧焊的程序自动控制2.脉冲计数式IC脉冲计数器为延时环节提供了精度更高、调节范围更宽广的途径时间调节：调振荡器频率调分频器微调tCtCfCRTf3.21粗调fnTT22019/10/459§4-3电弧焊的程序自动控制P113图4—29B脉冲计数式延时2019/10/460§4-3电弧焊的程序自动控制三、电弧焊程序控制电路的基本环节电路（二）引弧控制环节爆裂引弧慢送丝爆裂引弧回抽引弧1.爆裂引弧高频引弧2019/10/461§4-3电弧焊的程序自动控制P114图4--31爆裂引弧-切换外特性2019/10/462§4-3电弧焊的程序自动控制三、电弧焊程序控制电路的基本环节电路（二）引弧控制环节2.慢送丝爆裂引弧2019/10/463§4-3电弧焊的程序自动控制P114图4--32慢送丝爆裂引弧2019/10/464§4-3电弧焊的程序自动控制3.回抽引弧P115图4--33按钮法退丝进丝2019/10/465§4-3电弧焊的程序自动控制3.回抽引弧电弧电压继电器控制法2019/10/466§4-3电弧焊的程序自动控制电弧电压继电器控制回抽引弧电路换向需先接触2019/10/467§4-3电弧焊的程序自动控制3.回抽引弧带有电压极性鉴别电路控制的继电器回抽引弧2019/10/468§4-3电弧焊的程序自动控制带有电压极性鉴别电路控制的继电器回抽引弧无需先接触2019/10/469§4-3电弧焊的程序自动控制4.高频引弧P117图4--362019/10/470§4-3电弧焊的程序自动控制（