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1、第五章 实验结果分析本章对IDRC法控制系统进行了测试，通过模拟外界环境的改变对DRC法、恒流控制法和 IDRC 法进行了对比实验，并对实验结果进行了分析。下面将详细介绍实验条件以及实验结果分析。5.1 外界环境模拟一个性能优良的控制系统，不仅能够在稳定的外界条件下正常的工作，而且能够适应不断变化的外界条件。在焊接生产现场，造成焊点质量不合格的主要因素就是来自焊接过程的各种随机干扰。在实验中，我们通过焊接热量百分数的改变和近距离焊点来模拟外界条件变化对焊点质量的影响。5.1.1 焊接初始热量给定本系统把晶闸管全导通时的热量视为 100%,而把任意导通角时的产热量与全导通时的产热量之比称为热量百
2、分数（用符号m表示），并把它作为描述电流热效应的参数47。热量百分数和焊接电流的关系可表示为：由（5-1）式可进一步推得热量百分数 m 与控制角、功率因数角? 之间的一一对应关系，具体推导过程参考文献26。在实际控制中，根据输出的热量百分数 m 值和功率因数角? 来查取相应的控制角去触发晶闸管。考虑到焊接热过程对热量调解范围的需求，即保证热量调节的有效性，推荐初始热量选定在60%70%较为适宜。54吉林大学硕士学位论文5.1.2 焊点点距为了模拟分流对点焊质量得影响，在实验中我们采用了近距离的焊点来实现分流。在低碳钢的点焊规范中，对于 1.0mm的焊板式样，它的最小点距为18mm48。因此，我
3、们采用了点距为 10mm来进行分流。5.2 实验结果分析5.2.1 热量大幅度波动的实验分析5.2.1.1 标准焊接条件下的试验结果与分析从表 5-1 可以看出：当没有随机波动的影响时，在标准情况下 DRC 法、恒流法和 IDRC 法都能获得合格的焊点熔核。5.2.1.2 热量大幅度降低条件下的试验结果与分析当初始热量百分数降低到 45%时，从表 5-2 的数据可以看出，DRC 法和IDRC 法都能形成合格的熔核。从图 5-2 可以看出 DRC 法和 IDRC 法在过谷点后都有相对较大的上升斜率，这有利于熔核的后期生长；而恒流法在过谷点后上升斜率相对较小，不利于熔核的后期长大。从图 5-3 和
4、表 5-2 的数据可知，DRC 法和 IDRC 法对大幅度热量降低的波动有很好的调节作用，符合熔核生长对热量的需求；而恒流法在前期的热量调节作用是十分有效的，但在谷点过后的热量调节趋势基本上是单调下降的，因而抑制了熔核的生长。在初始热量大幅度降低时，IDRC 法与恒流控制法的根本区别在于它融合了恒流法和 DRC 法这两种调控模式的优点：即焊接前期利用了恒流法的响应速度快和控制精度高的特点，仅用 2 个周波将焊接热量迅速拉高，既有效地创建了等效加热的环境，也缓解了后期 DRC 法控制的调节负担。焊接中后期则利用了 DRC 法直接检测质量信息的优点。即根据实际动态电流滞后角特性与标准动态电流滞后角
5、特性比较所产生的偏差对热量进行实时调节，以保证熔核在最佳动态品质下达到规定的阈值。表 5-2 中焊接熔核直径的数据进一步证明了这一点。吉林大学硕士学位论文从图 5-11、5-12 可以看出，无论是单点分流还是三点分流，IDRC 法都有很好的适应性。它克服了恒流控制的缺点；充分展示了 DRC 模型化控制的优点，即通过给定的后期强化性 DRC 曲线的引导作用，对焊接过程中的热量进行实时调节，既保证了焊接质量的一致性，也体现了焊接时间的一致性。5.3 小结由以上实验结果分析可知，IDRC 法控制机制在不同时域和不同干扰出现时，运用不同的主导信息对点焊热过程进行反馈控制,综合了恒流法和 DRC 法的各
6、自优势。它在焊接前期利用了恒流法响应速度快，控制精度高的特点，为后期的 DRC 法控制提供了良好的控制平台；而焊接后期则根据所给定的优化DRC 模型进行控制，及时调节焊接热量，确保了优质熔核的形成，实现了基于DRC 法模型化控制机制下的多信息、无盲区、接力式协同控制。吉林大学硕士学位论文结 论(1) 针对 DRC 法模型化监控机制在点焊热过程初期存在控制盲区，因而导致当热量大幅度波动时，极有可能产生飞溅的危险或造成后期调节负担过重的弊端，特将恒流控制技术引入该控制系统，构成了以恒流为前期辅助控制、DRC法模型化为中后期主导控制的接力式协同控制方法，即 IDRC 法。经试验结果证明，这种多信息综
7、合控制机制比单一的恒流控制以及 DRC 法模型化监控机制有更大的优势和更为理想的监控效果，因而具有更高品质和应用价值。(2) 基于模糊逻辑控制原理设计的恒流控制算法、焊接电流实时采样硬件和软件模糊控制系统，能适应实际焊接电流的大幅度波动，实现恒流控制的预期目标。实验结果表明，当焊接热量在15%以内波动时，控制系统仍有很好的补偿作用；使焊接电流在 3 个周波内达到稳定状态，控制误差在2%以内。(3) 引入恒流控制后使 DRC 法模型化控制的负担大大减轻，前期飞溅得到了有效遏制，中期焊接热过程更加平稳，后期压陷大为改观，控制精度大为改善。(4) IDRC 法的有效实施亦应全面优化恒流控制和 DRC 法模型化控制器的结构、模糊控制规则，精心处理输入/输出变量及其模糊子集、论域、各模糊集合的隶属度分布函数以及确定最高热量调节幅度进等一系列相关技术问题。(5) 实验结果反复证明，采用模糊逻辑控制技术的 IDRC 法在不同时域启用不同主导信息对焊接热过程进行实时控制是完全可行的。即使在焊接热量波动15%或者存在严重分流情况下，仍能保证点焊熔核质量和焊接时间的稳定性。该控制方法必将深受市场和操作者的欢迎。