Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом
Рассмотрены синтез и моделирование в среде математического пакета MATLAB адаптивного регулятора для системы управления формированием валика шва в условиях дуговой сварки плавящимся электродом (МАГ-сварки) с замкнутым контуром обратной связи. Для расчета ошибки управления использованы специальные фун...
Saved in:
| Published in: | Электронное моделирование |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101508 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом / Я.П. Лазоренко, Ф.C. Клищар // Электронное моделирование. — 2009. — Т. 31, № 4. — С. 99-112. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101508 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Лазоренко, Я.П. Клищар, Ф.C. 2016-06-04T08:43:54Z 2016-06-04T08:43:54Z 2009 Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом / Я.П. Лазоренко, Ф.C. Клищар // Электронное моделирование. — 2009. — Т. 31, № 4. — С. 99-112. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0204-3572 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101508 621.791.75.01 Рассмотрены синтез и моделирование в среде математического пакета MATLAB адаптивного регулятора для системы управления формированием валика шва в условиях дуговой сварки плавящимся электродом (МАГ-сварки) с замкнутым контуром обратной связи. Для расчета ошибки управления использованы специальные функциональные преобразователи, которые синтезированы на основе искусственных нейронных сетей, полученных обратным решением с использованием математической модели формирования шва. Розглянуто синтез і моделювання в середовищі математичного пакету MATLAB адаптивного регулятора для системи управління формуванням валика шва в умовах дугового зварювання електродом, що плавиться (МАГ-зварювання) із замкнутим контуром зворотнього зв’язку. Для розрахунку помилки управління використано спеціальні функціональні перетворювачі, які синтезовано на основі штучних нейронних мереж, отриманих зворотнім рішенням з використанням математичної моделі формування шва. An adaptive regulator synthesis and design in the environment of MATLAB mathematical package are considered for the control joint bead forming system in the conditions of MAG-welding with the closed-loop feedback. Special functional transformers synthesized on the basis of artificial networks of neurons are used to calculate the control error. These networks were obtained by a reverse decision using a mathematical model of joint forming. ru Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України Электронное моделирование Применение методов и средств моделирования Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом Synthesis and Modeling of an Adaptive Regulator of Forming of the Joint Dead under the Consumable-Electrode Arc Welding Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом |
| spellingShingle |
Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом Лазоренко, Я.П. Клищар, Ф.C. Применение методов и средств моделирования |
| title_short |
Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом |
| title_full |
Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом |
| title_fullStr |
Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом |
| title_full_unstemmed |
Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом |
| title_sort |
синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом |
| author |
Лазоренко, Я.П. Клищар, Ф.C. |
| author_facet |
Лазоренко, Я.П. Клищар, Ф.C. |
| topic |
Применение методов и средств моделирования |
| topic_facet |
Применение методов и средств моделирования |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Электронное моделирование |
| publisher |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Synthesis and Modeling of an Adaptive Regulator of Forming of the Joint Dead under the Consumable-Electrode Arc Welding |
| description |
Рассмотрены синтез и моделирование в среде математического пакета MATLAB адаптивного регулятора для системы управления формированием валика шва в условиях дуговой сварки плавящимся электродом (МАГ-сварки) с замкнутым контуром обратной связи. Для расчета ошибки управления использованы специальные функциональные преобразователи, которые синтезированы на основе искусственных нейронных сетей, полученных обратным решением с использованием математической модели формирования шва.
Розглянуто синтез і моделювання в середовищі математичного пакету MATLAB адаптивного регулятора для системи управління формуванням валика шва в умовах дугового зварювання електродом, що плавиться (МАГ-зварювання) із замкнутим контуром зворотнього зв’язку. Для розрахунку помилки управління використано спеціальні функціональні перетворювачі, які синтезовано на основі штучних нейронних мереж, отриманих зворотнім рішенням з використанням математичної моделі формування шва.
An adaptive regulator synthesis and design in the environment of MATLAB mathematical package are considered for the control joint bead forming system in the conditions of MAG-welding with the closed-loop feedback. Special functional transformers synthesized on the basis of artificial networks of neurons are used to calculate the control error. These networks were obtained by a reverse decision using a mathematical model of joint forming.
|
| issn |
0204-3572 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101508 |
| citation_txt |
Синтез и моделирование адаптивного регулятора формирования валика шва при дуговой сварке плавящимся электродом / Я.П. Лазоренко, Ф.C. Клищар // Электронное моделирование. — 2009. — Т. 31, № 4. — С. 99-112. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT lazorenkoâp sintezimodelirovanieadaptivnogoregulâtoraformirovaniâvalikašvapridugovoisvarkeplavâŝimsâélektrodom AT kliŝarfc sintezimodelirovanieadaptivnogoregulâtoraformirovaniâvalikašvapridugovoisvarkeplavâŝimsâélektrodom AT lazorenkoâp synthesisandmodelingofanadaptiveregulatorofformingofthejointdeadundertheconsumableelectrodearcwelding AT kliŝarfc synthesisandmodelingofanadaptiveregulatorofformingofthejointdeadundertheconsumableelectrodearcwelding |
| first_indexed |
2025-11-25T06:21:51Z |
| last_indexed |
2025-11-25T06:21:51Z |
| _version_ |
1850509483658182656 |
| fulltext |
ÓÄÊ 621.791.75.01
ß. Ï. Ëàçîðåíêî, àñïèðàíò, Ô. Ñ. Êëèùàð
Èí-ò ýëåêòðîñâàðêè èì. Å.Î.Ïàòîíà ÍÀÍ Óêðàèíû
(Óêðàèíà, 03680, ÃÑÏ, Êèåâ,150, óë. Áîæåíêî, 11,
òåë.(044) 2712195, Å-mail: eshapovalov@paton.kiev.ua)
Ñèíòåç è ìîäåëèðîâàíèå àäàïòèâíîãî
ðåãóëÿòîðà ôîðìèðîâàíèÿ âàëèêà øâà
ïðè äóãîâîé ñâàðêå ïëàâÿùèìñÿ ýëåêòðîäîì
(Ñòàòüþ ïðåäñòàâèë ÷ë.-êîð. ÍÀÍ Óêðàèíû Â. Â. Âàñèëüåâ)
Ðàññìîòðåíû ñèíòåç è ìîäåëèðîâàíèå â ñðåäå ìàòåìàòè÷åñêîãî ïàêåòà MATLAB àäàïòèâíîãî
ðåãóëÿòîðà äëÿ ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ôîðìèðîâàíèåì âàëèêà øâà â óñëîâèÿõ äóãîâîé ñâàðêè
ïëàâÿùèìñÿ ýëåêòðîäîì (ÌÀÃ-ñâàðêè) ñ çàìêíóòûì êîíòóðîì îáðàòíîé ñâÿçè. Äëÿ ðàñ÷åòà
îøèáêè óïðàâëåíèÿ èñïîëüçîâàíû ñïåöèàëüíûå ôóíêöèîíàëüíûå ïðåîáðàçîâàòåëè, êîòîðûå
ñèíòåçèðîâàíû íà îñíîâå èñêóññòâåííûõ íåéðîííûõ ñåòåé, ïîëó÷åííûõ îáðàòíûì ðåøåíèåì
ñ èñïîëüçîâàíèåì ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè ôîðìèðîâàíèÿ øâà.
Ðîçãëÿíóòî ñèíòåç ³ ìîäåëþâàííÿ â ñåðåäîâèù³ ìàòåìàòè÷íîãî ïàêåòó MATLAB àäàïòèâíîãî
ðåãóëÿòîðà äëÿ ñèñòåìè óïðàâë³ííÿ ôîðìóâàííÿì âàëèêà øâà â óìîâàõ äóãîâîãî çâàðþâàííÿ
åëåêòðîäîì, ùî ïëàâèòüñÿ (ÌÀÃ-çâàðþâàííÿ) ³ç çàìêíóòèì êîíòóðîì çâîðîòíüîãî çâ’ÿçêó.
Äëÿ ðîçðàõóíêó ïîìèëêè óïðàâë³ííÿ âèêîðèñòàíî ñïåö³àëüí³ ôóíêö³îíàëüí³ ïåðåòâîðþâà÷³,
ÿê³ ñèíòåçîâàíî íà îñíîâ³ øòó÷íèõ íåéðîííèõ ìåðåæ, îòðèìàíèõ çâîðîòí³ì ð³øåííÿì ç
âèêîðèñòàííÿì ìàòåìàòè÷íî¿ ìîäåë³ ôîðìóâàííÿ øâà.
Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: âàëèê øâà, ÌÀÃ-ñâàðêà, íåéðîñåòåâîé ôóíêöèîíàëüíûé ïðåîáðàçî-
âàòåëü, àäàïòèâíûé ðåãóëÿòîð.
Âíåäðåíèå àâòîìàòè÷åñêèõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ (ÀÑÓ) ôîðìîé âàëèêà
ñâàðíîãî øâà äëÿ äóãîâîé ñâàðêè ïëàâÿùèìñÿ ýëåêòðîäîì (ÌÀÃ-ñâàðêè)
ÿâëÿåòñÿ àêòóàëüíîé çàäà÷åé, òàê êàê äàåò âîçìîæíîñòü ãàðàíòèðîâàííî
ïîëó÷àòü çàäàííûå ðàçìåðû âûïóêëîñòè ñâàðíûõ øâîâ ñ ìèíèìèçèðîâàí-
íûìè äîïóñêàìè, íåñìîòðÿ íà íåíàáëþäàåìûå âîçìóùåíèÿ, êîëåáàíèÿ
ïàðàìåòðîâ ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè è äðóãèå âíåøíèå âîçäåéñòâèÿ. Èññëåäî-
âàòåëè îòìå÷àþò, ÷òî òðàäèöèîííûå òåõíîëîãèè è îáîðóäîâàíèå äëÿ èçãî-
òîâëåíèÿ äåòàëåé, ñáîðêè è ñâàðêè êîíñòðóêöèé ñåáÿ èñ÷åðïàëè [1].
Ïåðñïåêòèâíûì íàïðàâëåíèåì ÿâëÿåòñÿ àäàïòèâíîå óïðàâëåíèå ïðî-
öåññîì äóãîâîé ñâàðêè, îäíàêî çàïàçäûâàíèå ïðàêòè÷åñêèõ ðåçóëüòàòîâ
îáóñëîâëåíî îòñóòñòâèåì ìàòåìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé è àëãîðèòìîâ óïðàâ-
ëåíèÿ. Ðàáîòû [2—4], ïîñâÿùåííûå ðàçðàáîòêå àâòîìàòè÷åñêèõ ðåãóëÿòî-
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 4 99
ðîâ è ñèíòåçó ìàòåìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé ðàçëè÷íûõ ïðîöåññîâ ñâàðêè íà
îñíîâå èñêóññòâåííûõ íåéðîííûõ ñåòåé, ïîçâîëèëè çíà÷èòåëüíî ïðîä-
âèíóòüñÿ â ýòîì íàïðàâëåíèè. Îäíàêî çàäà÷à ðàçðàáîòêè àäàïòèâíîãî
ðåãóëÿòîðà äëÿ ÀÑÓ ôîðìèðîâàíèåì âàëèêà øâà â óñëîâèÿõ ÌÀÃ-ñâàðêè
â ïîëíîé ìåðå åùå íå ðåøåíà.
Ðàññìîòðèì ñõåìó ôîðìèðîâàíèÿ ñâàðíîãî øâà ïðè ÌÀÃ-ñâàðêå ñòû-
êîâûõ ñîåäèíåíèé áåç ðàçäåëêè êðîìîê â íèæíåì ïîëîæåíèè (ðèñ. 1).
Ñâàðíîå ñîåäèíåíèå ÌÀÃ-ñâàðêè èìååò ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû: øèðèíà e,
âûñîòà âàëèêà g, ãëóáèíà ïðîïëàâëåíèÿ h, òîëùèíà èçäåëèÿ s, âåëè÷èíà
çàçîðà b. Âûñîòó âàëèêà íàçûâàþò óñèëåíèåì øâà â ñëó÷àå âûïóêëîñòè
âàëèêà, è îñëàáëåíèåì øâà — â ñëó÷àå, åñëè ïîâåðõíîñòü øâà èìååò âîãíó-
òóþ ôîðìó. Íà ïðàêòèêå ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ ïàðàìåòð, íàçûâàåìûé êîýô-
ôèöèåíòîì óñèëåíèÿ âàëèêà, �y g e� / , êîòîðûé îïðåäåëÿåò óãîë ñîïðÿæå-
íèÿ � íàïëàâëåííîãî ìåòàëëà ñ îñíîâíûì ìåòàëëîì øâà.
 êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàññìîòðèì çàäà÷ó óïðàâëåíèÿ ôîðìèðîâàíèåì
âàëèêà ñâàðíîãî øâà ïðè óñëîâèè îòñóòñòâèÿ çàçîðà (b = 0), ïîñòîÿííîé
ñêîðîñòè ñâàðêè (Vcâ = const), èçâåñòíîì äèàìåòðå ïðèñàäî÷íîé ïðîâîëîêè
de è íåïîëíîì ïðîïëàâëåíèè èçäåëèÿ, ò.å. â óñëîâèÿõ ôîðìèðîâàíèÿ ñâà-
ðî÷íîé âàííû íà ïîâåðõíîñòè ïîëóáåñêîíå÷íîãî òåëà. Ïóñòü ðàññòîÿíèå
ìåæäó ãîðåëêîé è èçäåëèåì ïîñòîÿííî è ñîîòâåòñòâóåò óñëîâèþ óñòîé-
÷èâîãî ôîðìèðîâàíèÿ âàëèêà øâà. Ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ âàëèêà
ïðè äàííûõ îãðàíè÷åíèÿõ îäíîçíà÷íî îïðåäåëÿåòñÿ íàïðÿæåíèåì è òîêîì
ñâàðêè (áåç ó÷åòà ðàçáðûçãèâàíèÿ ìåòàëëà), îäíàêî êîýôôèöèåíò óñèëå-
íèÿ âàëèêà â ñèëó äåéñòâèÿ âîçìóùåíèé ìîæåò îòëè÷àòüñÿ îò ðàñ÷åòíîãî.
 ñâÿçè ñ ýòèì àêòóàëüíûì ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâ-
ëåíèÿ ñ çàìêíóòîé îáðàòíîé ñâÿçüþ.
 äàííîì ñëó÷àå ïðåäëàãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü ëàçåðíî-òåëåâèçèîííûé
òðèàíãóëÿöèîííûé ñåíñîð (ËÒÒC), îïèñàííûé â ðàáîòå [5]. Îí óñòàíàâëè-
âàåòñÿ íà ñâàðî÷íîé ãîðåëêå íà îïðåäåëåííîì ðàññòîÿíèè ñçàäè ïî õîäó
ß. Ï. Ëàçîðåíêî, Ô. Ñ. Êëèùàð
100 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 4
e
b
h
g
s
�
1
2
Ðèñ. 1. Ñõåìà ôîðìèðîâàíèÿ ñâàðíîãî øâà äëÿ ñòûêîâîãî ñîåäèíåíèÿ ñ çàçîðîì: 1 —
ñâàðíîé øîâ; 2 — èçäåëèå
ñâàðêè è ôîðìèðóåò ñâåòîâîé êîíòóð ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ âàëèêà, ÷òî
äàåò âîçìîæíîñòü îöåíèâàòü ãåîìåòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû ñâàðíîãî øâà.
Îñîáåííîñòüþ òàêîãî ðåøåíèÿ ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå âðåìåííîãî òðàíñïîðò-
íîãî çàïàçäûâàíèÿ íà íåñêîëüêî ñåêóíä â êîíòóðå ñèãíàëà îáðàòíîé ñâÿçè.
Ñëåäóåò òàêæå ó÷åñòü, ÷òî â ðåàëüíîì ñèãíàëå ËÒÒC ïðèñóòñòâóåò øóì,
êîòîðûé ìîæåò ïðèâåñòè ê íåóñòîé÷èâîé ðàáîòå àâòîìàòè÷åñêîãî ðå-
ãóëÿòîðà.
Ðàññìîòðèì ñèíòåç àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà äëÿ ÀÑÓ ôîðìèðîâàíèåì
âàëèêà øâà ñ òðàíñïîðòíûì çàïàçäûâàíèåì â êîíòóðå îáðàòíîé ñâÿçè,
âîñïîëüçîâàâøèñü ìåòîäèêîé, èçëîæåííîé â ðàáîòàõ [6, 7].
Íàçîâåì íåâÿçêîé âûðàæåíèå� �[ ] ( [ ], , [ ])
*n n n� z z c , ãäå z [ ]n — âåêòîð
âñåõ íàáëþäåíèé, èñïîëüçóåìûé äëÿ ðàñ÷åòà âåêòîðà íàñòðàèâàåìûõ ïàðà-
ìåòðîâ c [ ]n ; z
*
— âåêòîð óñòàâîê (èëè çàäàþùèõ âîçäåéñòâèé); n — íîìåð
øàãà àëãîðèòìà àäàïòàöèè.  äàííîì ñëó÷àå ìîæíî çàïèñàòü:
� [ ]n � � �([( � [ ]) ( � [ ])] )
* *e e n g g n T
,
c [ ] [ [ ] [ ]]n Uw n Iw n T
� ,
ãäå e*
è g*
— óñòàâêè ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âàëèêà; � [ ]e n è � [ ]g n —
òåêóùèå îöåíêè øèðèíû è âûñîòû âàëèêà; Uw [n] è Iw [n] — òåêóùèå
ñðåäíèå çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ è òîêà ñâàðêè, îäíîçíà÷íî îïðåäåëÿþùèå
ðåæèì ñâàðêè.
Ïóñòü êà÷åñòâî àäàïòèâíîãî óïðàâëåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ñðåäíèìè ïîòå-
ðÿìè J M n n( ) { ( [ ], , [ ])}
*
c z z c� �
2
, êîòîðûå òðåáóåòñÿ ìèíèìèçèðîâàòü.
Òîãäà âåêòîð
� �
�
�
�
J
J
c
J
cNc
T
( )
( )
...
( )
c
c c�
�
�
�
1
(1)
ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ãðàäèåíò ñðåäíèõ ïîòåðü, ãäå îïåðàòîð
� �� �c
�
�
�
�c cNc
T
1
...
�
�
�
ÿâëÿåòñÿ âåêòîðîì-ñòîëáöîì, à Nc — ðàçìåðíîñòü âåêòîðà c ( Nc = 2).
Íà îñíîâàíèè (1), ó÷èòûâàÿ, ÷òî ñëó÷àéíûå âåëè÷èíû � [ ]e n è � [ ]g n íå
ÿâëÿþòñÿ ñòàöèîíàðíûìè, ìîæíî çàïèñàòü
� � � �J e M e n g M g n T
( ) [ ( {�}[ ]) ( { �}[ ])]
* *
c 2 2 ,
ãäå M e n{�}[ ]è M g n{ �}[ ]— ñêîëüçÿùèå ñðåäíèå çíà÷åíèÿ îöåíîê �e è �g.
Ñèíòåç è ìîäåëèðîâàíèå àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà ôîðìèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 4 101
Íóëåâîå çíà÷åíèå �J( )c îáåñïå÷èâàåòñÿ ñëåäóþùèì ðåêóððåíòíûì
àëãîðèòìîì àäàïòèâíîãî óïðàâëåíèÿ:
c c c[ ] [ ] [ ] ( )n n n J� � � �1 � ,
c c c
min max
[ ]� �n ,
c c[ ]0
0
� ,
ãäå c
min
, c
max
— ïðåäåëû èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ íàñòðîéêè; c
0
— íà÷àëü-
íûå óñëîâèÿ; � — ìàòðèöà óñèëåíèÿ. Äëÿ ãðàäèåíòíîãî ìåòîäà ñòîõàñòè-
÷åñêîé àïïðîêñèìàöèè ìàòðèöà � [ ]n áóäåò èìåòü ñëåäóþùèé âèä:
�
�
�
[ ]
[ ]
[ ]
n
K n
K n
�
�
�
�
1
2
�
�
,
ãäå K1, K2 — êîýôôèöèåíòû óñèëåíèÿ. Ñêàëÿðíûé ìíîæèòåëü � [ ]n �0
äîëæåí óäîâëåòâîðÿòü óñëîâèÿì ñõîäèìîñòè ðåêóððåíòíîãî àëãîðèòìà:
� [ ]n � 0,
n
n
�
�
� � �
1
� [ ] ,
n
n
�
�
� � �
1
2
� [ ] | .
Äëÿ óëó÷øåíèÿ ñõîäèìîñòè ïðèìåì � [ ] /n n�1 . Äàëåå áóäåì ðàññìàò-
ðèâàòü ðåøåíèå çàäà÷è àäàïòèâíîãî óïðàâëåíèÿ äëÿ ÀÑÓ ÌÀÃ-ñâàðêîé,
ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà êîòîðîé èçîáðàæåíà íà ðèñ. 2.
 ñîñòàâ ñòðóêòóðíîé ñõåìû ÀÑÓ ÌÀÃ-ñâàðêîé êðîìå àäàïòèâíîãî
ðåãóëÿòîðà âõîäèò ËÒÒÑ, à òàêæå ñâàðî÷íîå îáîðóäîâàíèå — èñòî÷íèê
ïèòàíèÿ äóãè (ÈÏÄ) òèïà «Fronius Trans Puls Synergic-5000», ìåõàíèçì
ïîäà÷è òèïà «Fronius VR 2000», ìåõàíèçì ïåðåìåùåíèÿ ñâàðî÷íîé ãîðåë-
êè è áëîê îõëàæäåíèÿ ñâàðî÷íîé ãîðåëêè òèïà «Fronius FK4000». Ïîëó-
ß. Ï. Ëàçîðåíêî, Ô. Ñ. Êëèùàð
102 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 4
Ïðîöåññ ÌÀÃ-ñâàðêè
ÈÏÄ
«Fronius Trans Puls
Synergic � 5000»
�
c[0], min maxc ,c
[e [ ]n [ ]]ng
T
z�1
Ñâàðî÷íàÿ ãîðåëêà
+
c [ ]n
c [n�1]
à [n]
Ñâàðíîé øîâ
âàëèê( )
[e*g*]
T
ËÒÒÑ
��
)(cJ�
Ðèñ. 2. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ÀÑÓ ôîðìèðîâàíèåì âàëèêà ñâàðíîãî øâà: z–1
— ýëåìåíò çà-
äåðæêè íà 1 òàêò
÷àåìûé ñâàðíîé âàëèê îáìåðÿåòñÿ ËÒÒÑ è ñôîðìèðîâàííûå îöåíêè øèðè-
íû è âûñîòû âàëèêà â ðåàëüíîì ìàñøòàáå âðåìåíè ïîñòóïàþò íà âõîä
àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà. Àäàïòèâíûé ðåãóëÿòîð âû÷èñëÿåò íåâÿçêó � [ ]n è
ôîðìèðóåò óïðàâëåíèÿ â âèäå âåêòîðà [UwC IwC
]
T
(íàïðÿæåíèÿ è òîêà
ñâàðêè), êîòîðûå ïîäàþòñÿ íà âõîä ÈÏÄ.
Ðàññìîòðèì çàäà÷ó ôîðìèðîâàíèÿ âåêòîðà óïðàâëåíèé [UwC IwC
]
T
.
Ïîñêîëüêó ðåøåíèå äàííîé çàäà÷è ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äîñòàòî÷íî îáúåì-
íûé àëãîðèòì, äàäèì ñõåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå ðàçðàáîòàííîé ìåòîäèêè.
Ïðåäëàãàåìàÿ ìåòîäèêà ñîäåðæèò ñëåäóþùèå øàãè:
1. Ñèíòåç ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè ÌÀÃ-ñâàðêè.
2. Ïðîâåäåíèå âû÷èñëèòåëüíîãî ýêñïåðèìåíòà äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ òàá-
ëèöû ñîîòâåòñòâèÿ âõîä/âûõîä.
3. Ðåøåíèå îáðàòíîé çàäà÷è íà îñíîâàíèè ðåçóëüòàòîâ âû÷èñëèòåëü-
íîãî ýêñïåðèìåíòà ïóòåì ñèíòåçà è îáó÷åíèÿ íåéðîñåòåâûõ ôóíêöèîíàëü-
íûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé (ÍÔÏ).
4. Ïðîâåðêà àäåêâàòíîñòè ïîëó÷åííûõ ÍÔÏ.
5. Ñèíòåç óçëà âû÷èñëåíèÿ íåâÿçêè � [ ]n íà îñíîâå ÍÔÏ.
Íåñìîòðÿ íà óïðîùåíèå çàäà÷è óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì ÌÀÃ-ñâàðêè,
ôàêòè÷åñêè ñâåäåíèå åå ê çàäà÷å àâòîìàòèçàöèè ïðîöåññà íàïëàâêè, ñèíòåç
ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè ôîðìèðîâàíèÿ âàëèêà ïðè íàïëàâêå — çàäà÷à íå
òðèâèàëüíàÿ. Íàèáîëåå ñòðîãèì ðåøåíèåì åå ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ôå-
íîìåíîëîãè÷åñêîé ìîäåëè ÌÀÃ-ñâàðêè [8]. Îäíàêî â òàêîé ïîñòàíîâêå îíà
çàñëóæèâàåò ñàìîñòîÿòåëüíîãî íàó÷íîãî èññëåäîâàíèÿ.  äàííîì ñëó÷àå âîñ-
ïîëüçóåìñÿ ïðèíöèïîì äîñòàòî÷íîñòè è ðàññìîòðèì ðåãðåññèîííóþ ìîäåëü
ÌÀÃ-ñâàðêè [9], êîòîðàÿ, íåñìîòðÿ íà èçâåñòíûå îãðàíè÷åíèÿ, ïîçâîëÿåò ïðè
çàäàííûõ óñëîâèÿõ ñâàðêè ðåàëèçîâàòü âû÷èñëèòåëüíûé ýêñïåðèìåíò. Êðîìå
òîãî, ìîäåëü îáúåêòà óïðàâëåíèÿ äîïîëíåíà èíåðöèîííûìè çâåíüÿìè ïåð-
âîãî ïîðÿäêà, ÷òî ïîçâîëèëî èìèòèðîâàòü äèíàìèêó ïîâåäåíèÿ ïðîöåññà
ñâàðêè [10].
Èçâåñòíàÿ ðåãðåññèîííàÿ ìîäåëü ñâàðêè â óãëåêèñëîì ãàçå ïðåäñòàâ-
ëÿåò ñîáîé ñëåäóþùóþ ñèñòåìó óðàâíåíèé:
h � � �17 0093, , V V Uw V deñâ ñâ ñâ
� � �000325 0023, ,
� � � � �
�
000394 10 17 7 126 00477 18
2 3
, ( , , , ) ,Uw V d V beï ñâ
; (2)
e � � �exp( , ,30 0121 Uw V d UwVe� � � �0 034 3 33 0 00166, , ,
ñâ ñâ
� � � �00136 0000427 0956
2
, , ,V d V de eñâ ñâ
2
� � � �
�
10 7 0 0022 28 000561
3V V d Veï ñâ ï
( , , , , )) ; (3)
Ñèíòåç è ìîäåëèðîâàíèå àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà ôîðìèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 4 103
�y � �exp( , ,48 0215 Uw V d UwVe� � � �0014 287 00025, , ,
ñâ ñâ
� � � �002 0000402 0 918
2
, , ,V d V de eñâ ñâ
2
� � � � �
�
10 714 00404 615 00048
3V V d Veï ñâ ï
( , , , , )) , (4)
ãäå b — âåëè÷èíà çàçîðà; Vï — ñêîðîñòü ïîäà÷è ïðîâîëîêè.
Ïîñêîëüêó óïðàâëåíèå èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ äóãè îñóùåñòâëÿåòñÿ òî-
êîì ñâàðêè, äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ åãî â ñêîðîñòü ïîäà÷è ñèíòåçèðîâàíà
ñëåäóþùàÿ ðåãðåññèîííàÿ ôîðìóëà:
V Iw Iw Iw
ï
� � � � � �
�
5 831 10 0 0003718 0 03235 2 31
7 3 2
, , , , (ñì/ñ). (5)
Îäíèì èç âûõîäîâ ìîäåëè ÌÀÃ-ñâàðêè ÿâëÿåòñÿ âûñîòà âàëèêà, ðàñ-
ñ÷èòàííàÿ ïî ôîðìóëàì (3) è (4): g ey� � .
Âû÷èñëèòåëüíûé ýêñïåðèìåíò âûïîëíåí â ìàòåìàòè÷åñêîì ïàêåòå
MATLAB/Simulink â ñîîòâåòñòâèè ñ ïîäãîòîâëåííûì äëÿ äàííîé çàäà÷è
äâóõôàêòîðíûì öåíòðàëüíûì ðîòàòàáåëüíûì ïëàíîì ïðè ñëåäóþùèõ
äèàïàçîíàõ èçìåíåíèÿ ôàêòîðîâ ðåæèìà: Uw = 21…29 Â; Iw = 125…165 À;
Vï = 170... 270 ì/÷ è âûõîäíûõ ïàðàìåòðû ìîäåëè: e = 4,6 ... 7,5 ìì; g =
=1,2…1,9 ìì; ïîñòîÿííûå ïàðàìåòðû — Vcâ = 36 ì/÷; de = 1,2 ìì; b = 0 ìì.
Ïî ðåçóëüòàòàì âû÷èñëèòåëüíîãî ýêñïåðèìåíòà ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììíî-
ãî ïàêåòà ANFIS áûëè ñèíòåçèðîâàíû è îáó÷åíû äâå ãèáðèäíûå èñêóññò-
âåííûå íåéðîííûå ñåòè òèïà Sugeno (îòäåëüíî äëÿ øèðèíû è âûñîòû
âàëèêà) è ïðîâåðåíà èõ àäåêâàòíîñòü (ðèñ. 3). Ìàêñèìàëüíàÿ ïîãðåøíîñòü
ôîðìèðîâàíèÿ ïðîãíîçîâ øèðèíû � e è âûñîòû �g âàëèêà øâà ïîñëå îáó-
÷åíèÿ íå ïðåâûñèëà ± 1 %.
ß. Ï. Ëàçîðåíêî, Ô. Ñ. Êëèùàð
104 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 4
0,10
0,05
0
0,05
0,01
�
�
e , ìì g , ìì
� �e , ìì g , ìì
8
7
6
5
4
1,9
1,7
1,5
1,3
1,1
0,10
0,05
0
0,05
0,01
�
�
0 10020 40 60 80 0 100 , c20 40 60 80 t
Ðèñ. 3. Ýïþðû ñèãíàëîâ ïðè ïðîâåðêå àäåêâàòíîñòè íåéðîñåòåâîé ìîäåëè ÌÀÃ-ñâàðêè
Ïîñëå ýòîãî ìàòðè÷íûì ñïîñîáîì ðåøåíà îáðàòíàÿ çàäà÷à, çàòåì ñèí-
òåçèðîâàíû è îáó÷åíû äâå ãèáðèäíûå èñêóññòâåííûå íåéðîííûå ñåòè
Sugeno ñ òðåóãîëüíûìè ôóíêöèÿìè ïðèíàäëåæíîñòè (îòäåëüíî äëÿ íàïðÿ-
æåíèÿ è òîêà ñâàðêè), êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ èñêîìûìè ÍÔÏ. Íà ðèñ. 4 ïðåä-
ñòàâëåíû ïîâåðõíîñòè îòêëèêà ñèíòåçèðîâàííûõ ÍÔÏ.
Óçåë âû÷èñëåíèÿ íåâÿçêè ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 5. Îí ñîäåðæèò äâà
êàíàëà ñðàâíåíèÿ ïî äâà èäåíòè÷íûõ ÍÔÏ. Íà âõîäû ïåðâîãî êàíàëà
Ñèíòåç è ìîäåëèðîâàíèå àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà ôîðìèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 4 105
á
e
g
U
w
B
e
g
I
w
,
A
24
23
22
6
6
5 5
2
2
1,8
1,8
130
140
150
160
170
1,6
1,6
5,5
5,5
,
a
Ðèñ. 4. Ïîâåðõíîñòè îòêëèêà ÍÔÏ, ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè
ÌÀÃ-ñâàðêè äëÿ íàïðÿæåíèÿ (à) è òîêà (á) ñâàðêè
Ðèñ. 5. Óçåë âû÷èñëåíèÿ íåâÿçêè: ËÝ1 — ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò; Ô1…Ô2 — íåéðîñåòåâûå
ôóíêöèîíàëüíûå ïðåîáðàçîâàòåëè; ÝÑ1 — ýëåìåíò ñðàâíåíèÿ
ß. Ï. Ëàçîðåíêî, Ô. Ñ. Êëèùàð
106 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 4
e
e
e
e
*
gg
g h
g
*
Ò
à
ê
ò
î
â
û
é
ã
å
í
å
ð
à
ò
î
ð
�
�
�
�
e
* g
d
T
T
V
�
U
w
�
I w
*
c c
S
u
m
4
S
u
m
1
S
u
m
2
F
u
n
2
F
u
n
1
S
u
m
3
S
w
3
S
w
_
e
S
w
1
S
te
p S
w
2
S
w
_
g
S
u
m
5
S
c
o
p
e
4
S
c
o
p
e
3
S
c
o
p
e
1
S
c
o
p
e
2
D
is
t
D
is
p
l
E
D
is
p
l
G
D
is
p
l
H
X
Y
G
r
a
p
h
2
X
Y
G
r
a
p
h
1
I wU
w
U
w
I w
V
ñ
â b d
e
Ë
à
ç
å
ð
í
î
-
ò
ð
è
à
í
ã
ó
ë
ÿ
ö
è
î
í
í
û
é
â
è
ä
å
î
ñ
å
í
ñ
î
ð
À
ë
ã
î
ð
è
ò
ì
à
ä
à
ï
ò
à
ö
è
è
À
ë
ã
î
ð
è
ò
ì
à
ä
à
ï
ò
à
ö
è
è
Ìàòåìàòè÷åñêàÿìîäåëü
ôîðìèðîâàíèÿâàëèêàøâà
Â
î
ç
ì
ó
ù
å
í
è
å
|u
|2
|u
|2
�
�
�
�
Ó
ç
å
ë
â
û
÷
è
ñ
ë
å
-
í
è
ÿ
í
å
â
ÿ
ç
ê
è
0
A
1
A
2
a
1
a
2
Ð
è
ñ.
6
.
Ñ
ò
ð
ó
ê
ò
ó
ð
í
à
ÿ
ñ
õ
å
ì
à
S
im
u
li
n
k
-
ì
î
ä
å
ë
è
à
ä
à
ï
ò
è
â
í
î
é
ñ
è
ñ
ò
å
ì
û
ó
ï
ð
à
â
ë
å
í
è
ÿ
ô
î
ð
ì
è
ð
î
â
à
í
è
å
ì
â
à
ë
è
ê
à
ä
ë
ÿ
Ì
À
Ã
-
ñ
â
à
ð
ê
è
ïîäàíû óñòàâêè (øèðèíû è âûñîòû âàëèêà), à íà âõîäû âòîðîãî — òåêóùèå
îöåíêè øèðèíû è âûñîòû âàëèêà ñ òðàíñïîðòíûì çàïàçäûâàíèåì.
Âûõîäàìè ýòèõ ÍÔÏ ÿâëÿþòñÿ, ñ îäíîé ñòîðîíû, îáðàçöîâûå óñòàâêè
äëÿ íàïðÿæåíèÿ ñâàðêè è ñêîðîñòü ïîäà÷è, à ñ äðóãîé — íàïðÿæåíèå
ñâàðêè è ñêîðîñòü ïîäà÷è, êîòîðûå ñîãëàñíî íåéðîñåòåâîé ìîäåëè ñîîò-
âåòñòâóþò òåêóùèì çíà÷åíèÿì ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âàëèêà. Âû-
õîäû ÍÔÏ ïîäàþòñÿ íà ýëåìåíòû âû÷èòàíèÿ ÑÓÌ2 è ÑÓÌ3, ðàçíîñòíûå
ñèãíàëû êîòîðûõ ïîñòóïàþò íà êîììóòàòîðû. Êîììóòàòîðû ñèãíàëîâ K1
è K2 ïðèìåíåíû ñ öåëüþ îáíóëåíèÿ îøèáîê óïðàâëåíèÿ �Uw è �Iw â
ñëó÷àå, åñëè íåâÿçêà íå ïðåâûøàåò çàäàííûõ ïðåäåëîâ çîíû íå÷óâñò-
âèòåëüíîñòè. Òàêèì îáðàçîì, ïðåäëîæåííàÿ ñòðóêòóðà óçëà âû÷èñëåíèÿ
íåâÿçêè ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü óïðàâëåíèå ÈÏÄ â âèäå âåêòîðà îøèáîê
óïðàâëåíèÿ äëÿ íàïðÿæåíèÿ è òîêà ñâàðêè. Âåëè÷èíà äîïóñêîâîé çîíû
ÝÇÍ1 óñòàíîâëåíà íà óðîâíå ± 0,1 ìì.
Ìîäåëèðîâàíèå àäàïòèâíîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ òàêæå âûïîëíÿëîñü
â ïàêåòå MATLAB/Simulink (ðèñ. 6) .
Ðàáîòà àäàïòèâíîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì.
Ïîñëå ïîëó÷åíèÿ ñèãíàëà çàïóñêà íà÷èíàþò ôîðìèðîâàòüñÿ òàêòîâûå èì-
ïóëüñû, ñèãíàë «Step» àêòèâèçèðóåò êîììóòàòîðû SW1 è SW2, êîòîðûå
âìåñòî ñèãíàëîâ îáðàòíîé ñâÿçè ïîäêëþ÷àþò ê âõîäàì óçëà ôîðìèðîâàíèÿ
íåâÿçêè ñèãíàëû óñòàâîê. Íà âõîä óçëà àäàïòàöèè ïîäàþòñÿ íóëåâûå çíà-
÷åíèÿ ïîïðàâîê, ÷òî ïðèâîäèò ê ôîðìèðîâàíèþ íà÷àëüíûõ óïðàâëÿþùèõ
âîçäåéñòâèé UwC
= Uw0 è IwC
= Iw0. Ïðè ýòîì ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü
ÌÀÃ-ñâàðêè èñïûòûâàåò ñâîáîäíîå äâèæåíèå àïåðèîäè÷åñêîãî õàðàêòåðà
è ÷åðåç íåêîòîðîå âðåìÿ (ïðèáëèçèòåëüíî ïÿòü ñåêóíä) ïåðåõîäèò â óñòîé-
÷èâîå ñîñòîÿíèå. ×åðåç èíòåðâàë âðåìåíè dTstep = 5 c êîììóòàòîðû SW1 è
SW2 ïåðåêëþ÷àþòñÿ â ñîñòîÿíèå, ïðè êîòîðîì íà âõîäû óçëà âû÷èñëåíèÿ
íåâÿçêè ïîäàþòñÿ ñèãíàëû îáðàòíîé ñâÿçè — îöåíêè øèðèíû è âûñîòû
âàëèêà, ÷òî ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ ñèãíàëîâ îøèáîê óïðàâëåíèÿ. Íà÷èíàþò
ôîðìèðîâàòüñÿ ñèãíàëû óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì ÌÀÃ-ñâàðêè, ÷òî ïðèâîäèò ê
èçìåíåíèþ ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âàëèêà. Ïðîöåññ àäàïòàöèè âûïîë-
íÿåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà ðàçíîñòè óñòàâîê è ôàêòè÷åñêèõ çíà÷åíèé øèðèíû è
âûñîòû âàëèêà íå âîéäóò â äîïóñêîâóþ çîíó ýëåìåíòà ÝÇÍ1.
 ñëó÷àå íàëè÷èÿ øóìîâ ñâàðêè ÀÑÓ ïåðåõîäèò â ñîñòîÿíèå ñòî-
õàñòè÷åñêîãî äâèæåíèÿ, êîòîðîå ïðîÿâëÿåòñÿ â îïðåäåëåííûõ ôëóêòóà-
öèÿõ øèðèíû è âûñîòû âàëèêà.
Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî àäàïòèâíûé
ðåãóëÿòîð îáëàäàåò óäîâëåòâîðèòåëüíûìè òî÷íîñòíûìè è äèíàìè÷åñêè-
ìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Íà ðèñ. 7 ïðåäñòàâëåíû âðåìåííûå õàðàêòåðèñòèêè
ôóíêöèè ïîòåðü ïðè ðàçëè÷íûõ íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ. Äëÿ óñòàâîê e*
= 5,2 ìì
Ñèíòåç è ìîäåëèðîâàíèå àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà ôîðìèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 4 107
è g*
= 1,7 ìì îïòèìàëüíûå íà÷àëüíûå óñëîâèÿ ñëåäóþùèå: Uw0 = 23 Â,
Iw0 = 143 A. Íàñòðîéêà ðåãóëÿòîðà ñâîäèòñÿ ê çàäàíèþ èíòåðâàëà àäàï-
òàöèè è ïàðàìåòðîâ ñãëàæèâàþùåãî ôèëüòðà ñèãíàëà íåâÿçêè (â äàííîì
ñëó÷àå — ñãëàæèâàþùèõ ôèëüòðîâ ñèãíàëîâ �Uw è �Iw). Êàê ïîêàçàëè
ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ, àäàïòèâíûé ðåãóëÿòîð óñòîé÷èâî ðàáîòàåò â
øèðîêîì äèàïàçîíå ïàðàìåòðîâ íàñòðîéêè.
Îñîáåííîñòüþ ðàáîòû àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïîñëå
åãî çàïóñêà êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ óìåíüøàåòñÿ â êàæäîì òàêòå è ñòðå-
ìèòñÿ ê íóëþ. Ïîýòîìó àëãîðèòì àäàïòàöèè ïåðèîäè÷åñêè ïåðåçàïóñ-
êàåòñÿ, îáåñïå÷èâàÿ ïðè ýòîì ïîäñòðîéêó íà÷àëüíîãî ñîñòîÿíèÿ. Íà ðèñ. 8
ïîêàçàíû ýïþðû ñèãíàëîâ ðàáîòû àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà äëÿ óñòàâîê e*
=
= 5,2 ìì, g*
= 1,7 ìì ïðè íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ Uw0 = 26  è Iw0 = 140 A,
èíòåðâàëå àäàïòàöèè 4 ñ è òðàíñïîðòíîì çàïàçäûâàíèè dTTV = 6 ñ (øóìû
íàáëþäåíèÿ îòñóòñòâóþò). Åñëè íà÷àëüíûå óñëîâèÿ íå ñîîòâåòñòâóþò óñ-
òàâêàì äëÿ øèðèíû è âûñîòû âàëèêà, òî ïîñëå âêëþ÷åíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè
àäàïòèâíûé ðåãóëÿòîð îáåñïå÷èâàåò áåçóäàðíûé ïåðåõîäíîé ïðîöåññ
ïîäñòðîéêè ñîñòîÿíèÿ îáúåêòà óïðàâëåíèÿ ïðè ìèíèìàëüíîé àìïëèòóäå
óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ. Äëÿ óäîáñòâà íàáëþäåíèÿ ââåäåíà ïåðåìåííàÿ
c c c[ ] [ ] [ ] [ ]]n n c n c nU I
T
� �
0
��� � , îïðåäåëÿþùàÿ ïðèðàùåíèå âåêòîðà óïðàâ-
ëåíèÿ äëÿ òåêóùåãî èíòåðâàëà àäàïòàöèè.
Ïåðåõîäíîé ïðîöåññ ïðè àäàïòèâíîì óïðàâëåíèè ÌÀÃ-ñâàðêîé ïðåä-
ñòàâëÿåò ñîáîé àïåðèîäè÷åñêîå äâèæåíèå, ïðè êîòîðîì ãåîìåòðè÷åñêèå
ïàðàìåòðû âàëèêà ïëàâíî èçìåíÿþòñÿ. Äëèòåëüíîñòü ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà
ïðè çíà÷èòåëüíîì ñìåùåíèè íà÷àëüíûõ óñëîâèé ìîæåò äîñòèãàòü 20 ñ.
ß. Ï. Ëàçîðåíêî, Ô. Ñ. Êëèùàð
108 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 4
Ðèñ. 7. Ôóíêöèè ïîòåðü â ïåðåõîäíîì ðåæèìå äëÿ ðàçëè÷íûõ íà÷àëüíûõ óñëîâèé (øóìû
íàáëþäåíèÿ îòñóòñòâóþò, dTTV = 2ñ): 1 — Uw0 = 23 Â, Iw0 = 143 A; 2 — Uw0 = 22 Â, Iw0 =
= 146 A; 3 — Uw0=26 Â, Iw0=140 A; F0 — óðîâåíü çîíû íå÷óâñòâèòåëüíîñòè
Ïðè ìîäåëèðîâàíèè ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ èññëåäîâàíèå ïîâåäåíèÿ
àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà â óñëîâèÿ øóìîâ íàáëþäåíèÿ, èìèòèðóþùèõ øó-
ìû ÌÀÃ-ñâàðêè. Ê òàêèì øóìàì áûëè îòíåñåíû øóìû èçìåðåíèé ËÒÒÄ è
íåðàâíîìåðíîñòè ôîðìèðîâàíèÿ âàëèêà â ðåçóëüòàòå ðàçáðûçãèâàíèÿ ìå-
òàëëà (ïðè ñâàðêå ñ êîðîòêèìè çàìûêàíèÿìè), à òàêæå ðåçóëüòàòû âîç-
äåéñòâèÿ äðóãèõ ïîìåõ, âûçûâàþùèõ íàïëûâû íà ïîâåðõíîñòè âàëèêà. Áûë
èñïîëüçîâàí îáúåêò Uniform Random Number, ôîðìèðóþùèé øóìîïîäîáíûé
ñèãíàë ñ ðàâíîìåðíûì ðàñïðåäåëåíèåì â çàäàííîì äèàïàçîíå àìïëèòóä
(±0,5 ìì äëÿ øèðèíû âàëèêà è ±0,2 ìì äëÿ âûñîòû âàëèêà). Øóìû â ÀÑÓ
Ñèíòåç è ìîäåëèðîâàíèå àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà ôîðìèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 4 109
Uw
C
, Â Iw
C
, A
I
A][nc
U
� , B
26
24
22
20
0,5
0
0,5
1
�
�
0 1 2 3 400 0 0 0 1 2 3 , c0 0 0 t
][nc� ,
146
142
138
134
2
0
��
Ðèñ. 8. Ýïþðû ñèãíàëîâ àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà ïðè íàëè÷èè çíà÷èòåëüíîãî ñìåùåíèÿ
íà÷àëüíûõ óñëîâèé
Ðèñ. 9. Çàøóìëåííûé ñèãíàë îöåíêè íàáëþäåíèÿ øèðèíû âàëèêà �e
ôîðìèðîâàíèåì âàëèêà ââîäÿòñÿ â ñîñòàâ ñèãíàëîâ îáðàòíîé ñâÿçè — àä-
äèòèâíîé ñìåñè øóìîïîäîáíîãî ñèãíàëà è çàäåðæàííûõ íà âðåìÿ òðàíñ-
ïîðòíîãî çàïàçäûâàíèÿ âûõîäîâ ìîäåëè ÌÀÃ-ñâàðêè (ðèñ. 9).
Ïîñêîëüêó àâòîìàòè÷åñêîå óïðàâëåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ â óñëîâèÿõ
ÌÀÃ-ñâàðêè, âàæíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè ðåãóëÿòîðà ÿâëÿþòñÿ, ñ îäíîé
ß. Ï. Ëàçîðåíêî, Ô. Ñ. Êëèùàð
110 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 4
Iw e
e*
C
, A , ìì
153
151
149
147
145
0 1 2 3 40 500 0 0 0 1 2 3 , c0 0 0 40 t
1 80
1 70
1 60
,
,
,
1
1
2
2
Uw
C
, Â
23,8
23,6
23,4
23,2
23,0
22,8
1
2
g
g*
, ìì
,8
5,4
5,0
5 1 2
Ðèñ. 10. Ãðàôèêè èçìåíåíèÿ âî âðåìåíè óïðàâëÿþùèõ âîçäåéñòâèé è ïàðàìåòðîâ âàëèêà â
ïåðåõîäíîì ðåæèìå: 1 — áåç øóìîâ íàáëþäåíèÿ; 2 — ñ øóìàìè íàáëþäåíèÿ
g
g*
, ìì
1 6
1 2
8
4
,7
,7
1,6
1,6
0 050 100 150 200 25 0 0 , c50 100 150 200 25 t
1 2
e
e*
, ìì
5,4
5,35
5,3
5,25
5,2
5,15
5,1
5,05
5,0
1 2
1,6
Ðèñ. 11. Êðèâûå êà÷åñòâà ñòàáèëèçàöèè øèðèíû å è âûñîòû g âàëèêà ïðè ðàçëè÷íûõ
çíà÷åíèÿõ òðàíñïîðòíîãî çàïàçäûâàíèÿ: 1 — dTTV = 6 ñ; 2 — dTTV = 2 ñ
ñòîðîíû, ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ è àìïëèòóäà ñèãíàëîâ óïðàâëåíèÿ ÈÏÄ, à ñ
äðóãîé — àìïëèòóäà ôëóêòóàöèé ðåãóëèðóåìûõ ïàðàìåòðîâ ïðè íàëè÷èè
øóìîâ ñâàðêè. Ñëåäóåò ó÷åñòü, ÷òî â ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå èìååòñÿ
íåãàòèâíûé ôàêòîð — òðàíñïîðòíîå çàïàçäûâàíèå ñèãíàëà îáðàòíîé ñâÿ-
çè. Íåñìîòðÿ íà òî ÷òî ñèíòåçèðîâàííûé ðåãóëÿòîð íå êîìïåíñèðóåò òðàíñ-
ïîðòíîãî çàïàçäûâàíèÿ, ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ñâèäåòåëüñòâóþò î
òîì, ÷òî îí îáëàäàåò óäîâëåòâîðèòåëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè â óñëîâèÿõ
çíà÷èòåëüíûõ øóìîâ ñâàðêè.
Íà ðèñ. 10 ïðåäñòàâëåíû ýïþðû ñèãíàëîâ óïðàâëåíèÿ ÈÏÄ äëÿ èíòåð-
âàëà àäàïòàöèè, ðàâíîãî äâóì ñåêóíäàì. Èç ðèñ. 10 âèäíî, ÷òî àìïëèòóäà
ñèãíàëîâ óïðàâëåíèÿ íå ïðåâûøàåò 6 À äëÿ òîêà äóãè (ïðè îãðàíè÷åíèè
ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ 10 À/ñ) è 0,2  äëÿ íàïðÿæåíèÿ ñâàðêè (ïðè îãðàíè÷å-
íèè ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ 1 Â/ñ).
Ïîñêîëüêó îäíèì èç ïðàêòè÷åñêèõ ïðèìåíåíèé ïðåäëàãàåìîé ÀÑÓ
ÿâëÿåòñÿ ñòàáèëèçàöèÿ ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âàëèêà, áûëî âûïîë-
íåíî ìîäåëèðîâàíèå ýòîãî ðåæèìà äëÿ äëèòåëüíûõ èíòåðâàëîâ íàáëþ-
äåíèé. Íà ðèñ. 11 ïîêàçàíû âðåìåííûå õàðàêòåðèñòèêè èçìåíåíèÿ ãåîìåò-
ðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âàëèêà â òå÷åíèå 300 ñ â óñëîâèÿõ øóìîâ ñâàðêè.
Êàê âèäíî èç ðèñ. 11, â òå÷åíèå èíòåðâàëà íàáëþäåíèé è â ïåðåõîäíîì
ðåæèìå îòêëîíåíèÿ âåëè÷èí øèðèíû è âûñîòû âàëèêà îòíîñèòåëüíî óñòà-
âîê íå âûõîäÿò çà ïðåäåëû äîïóñòèìûõ çíà÷åíèé ±5 % (±0,2 ìì äëÿ
øèðèíû è ± 0,06 ìì äëÿ âûñîòû âàëèêà).
Áûëè òàêæå ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ ïîâåäåíèÿ ÀÑÓ ôîðìèðîâàíèåì
âàëèêà â óñëîâèÿõ âîçäåéñòâèÿ íåíàáëþäàåìûõ ñâàðî÷íûõ âîçìóùåíèé,
êîòîðûå âûçûâàþò èçìåíåíèÿ ðàçìåðîâ âàëèêà, íå âëèÿÿ íà ïëîùàäü åãî
ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ. Àäàïòèâíûé ðåãóëÿòîð îáåñïå÷èâàåò ïðàêòè÷åñêè
ïîëíóþ êîìïåíñàöèþ òàêîãî âèäà âîçìóùåíèÿ â òå÷åíèå ÷åòûðåõ èíòåð-
âàëîâ àäàïòàöèè.
Âûâîäû. 1. Ñèíòåçèðîâàí àäàïòèâíûé ðåãóëÿòîð äëÿ àâòîìàòè÷åñêîé
ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ôîðìèðîâàíèåì âàëèêà ñ çàìêíóòîé îáðàòíîé ñâÿçüþ, â
êîòîðîì ïðèìåíåíû íåéðîñåòåâûå ôóíêöèîíàëüíûå ïðåîáðàçîâàòåëè.
2. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ñâèäåòåëüñòâóþò î ñïîñîáíîñòè ïðåä-
ëîæåííîé ÀÑÓ ñòàáèëèçèðîâàòü ðàçìåðû âàëèêà øâà ñ ïîãðåøíîñòüþ íå
áîëåå ±5 % â óñëîâèÿõ ñâàðêè ïðè øèðîêîì äèàïàçîíå âàðüèðîâàíèÿ
òðàíñïîðòíîãî çàïàçäûâàíèÿ â êîíòóðå îáðàòíîé ñâÿçè.
An adaptive regulator synthesis and design in the environment of MATLAB mathematical pack-
age are considered for the control joint bead forming system in the conditions of MAG-welding
with the closed-loop feedback. Special functional transformers synthesized on the basis of artifi-
cial networks of neurons are used to calculate the control error. These networks were obtained by
a reverse decision using a mathematical model of joint forming.
Ñèíòåç è ìîäåëèðîâàíèå àäàïòèâíîãî ðåãóëÿòîðà ôîðìèðîâàíèÿ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2009. Ò. 31. ¹ 4 111
1. Òðèãóáîâ Ã. Ï., Ãîðáà÷ Â. Ä. Îïòèìèçàöèÿ ðàçìåðîâ ñâàðíûõ øâîâ çà ñ÷åò àäàïòèâíîãî
óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì äóãîâîé ñâàðêè // Ñâàðî÷íîå ïðîèçâîäñòâî. — 2003. — ¹ 7. —
Ñ. 19—21.
2. Ãëàäêîâ Ý. À., Ïîëÿíñêèé Ï. Â., Øèðêîâñêèé Í. À. Àäàïòèâíàÿ ÀÑÓ ïðîöåññà àðãîíî-
äóãîâîé ñâàðêè // Ñâàðî÷íîå ïðîèçâîäñòâî. — 1986. — ¹ 11. — Ñ. 1—3.
3. Ãëàäêîâ Ý. À. Çàäà÷è ïðîãíîçèðîâàíèÿ êà÷åñòâà è óïðàâëåíèÿ ôîðìèðîâàíèåì øâà â
ïðîöåññå ñâàðêè ñ èñïîëüçîâàíèåì íåéðîñåòåâûõ ìîäåëåé // Òàì æå. — 1996. — ¹ 10. —
Ñ. 36—41.
4. Ãëàäêîâ Ý. À., Ãàâðèëîâ À. È., Ìàëîëåòêîâ À. Â., Ïåðêîâñêèé Ð. À. Äèíàìè÷åñêàÿ
íåëèíåéíàÿ ìîäåëü òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà ëàçåðíîé ñâàðêè ñ ãëóáîêèì ïðîïëàâ-
ëåíèåì // Òàì æå. — 2001. — ¹ 12. — Ñ. 17—24.
5. Êèñèëåâñêèé Ô. Í., Êîëÿäà Â. À. Ñèñòåìà ëàçåðíîãî ñëåæåíèÿ çà âàëèêîì óñèëåíèÿ
ñâàðíîãî øâà. // Àâòîìàòè÷åñêàÿ ñâàðêà. — 2006. — ¹ 1. — Ñ. 60—62.
6. Öûïêèí ß. Ç. Àäàïòàöèÿ è îáó÷åíèå â àâòîìàòè÷åñêèõ ñèñòåìàõ. — Ì. : Íàóêà, 1968. —
400 ñ.
7. Öûïêèí ß. Ç. Îñíîâû èíôîðìàöèîííîé òåîðèè èäåíòèôèêàöèè. — Ì. : Íàóêà, 1984. —
320 ñ.
8. Îäæè Ò., Ìèÿñàêà Ô., ßìàìîòî Ò., Òñóäæè È. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ïðîöåññà
ñâàðêè ÌÀà // Àâòîìàòè÷åñêàÿ ñâàðêà. — 2006. — ¹ 3. — Ñ. 14—18.
9. Ñåðãàöêèé Ã. Í., Äóáîâåöêèé Ñ. Â. Ñèñòåìû ðàçîìêíóòîãî óïðàâëåíèÿ ôîðìèðîâàíèåì
øâà ïðè äóãîâîé ñâàðêå // Àâòîìàòè÷åñêàÿ ñâàðêà. — 1986. — ¹ 6. — Ñ. 37—48.
10. Êèñèëåâñêèé Ô.Í., Áóòàêîâ Ã.À. Äèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè òåìïåðàòóðíûõ ïîëåé
ïðè ñâàðêå // Òàì æå. — 1982. — ¹ 11. — Ñ. 18 — 20.
Ïîñòóïèëà 20.03.09
ËÀÇÎÐÅÍÊÎ ßêîâ Ïåòðîâè÷, àñïèðàíò, ìë. íàó÷. ñîòð. Èí-òà ýëåêòðîñâàðêè èì. Å.Î. Ïàòî-
íà ÍÀÍ Óêðàèíû.  2006 ã. îêîí÷èë Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò «Êèåâñêèé
ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò». Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — íåéðîñåòåâûå ïðåîáðàçîâàòåëè,
àâòîìàòè÷åñêîå óïðàâëåíèå äóãîâîé ñâàðêîé, ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå â ÌÀÒLAB.
ÊËÈÙÀÐ Ôåäîð Ñåðãååâè÷, èíæåíåð-ïðîãðàììèñò 1 êàò. Èí-òà ýëåêòðîñâàðêè èì. Å.Î. Ïà-
òîíà ÍÀÍ Óêðàèíû.  2008 ã. îêîí÷èë Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò «Êèåâñêèé
ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò». Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — íåðàçðóøàþùèé êîíòðîëü êà÷åñò-
âà ñâàðíûõ øâîâ, ýëåêòðîííîå ìîäåëèðîâàíèå.
ß. Ï. Ëàçîðåíêî, Ô. Ñ. Êëèùàð
112 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2009. V. 31. ¹ 4
|