Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ
Описана объектно-ориентированная модель контроллера мониторинга МИГ-сварки в среде математического пакета Simulink/MATLAB. Выполнены исследования качества работы трех алгоритмов мониторинга. Предложена реализация контроллера МИГ-сварки с использованием объектно-ориентированного пакета xPC-Target/Sim...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99227 |
| 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: | Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ / Ф.Н. Кисилевский, В.В. Долиненко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 2 (646). — С. 18-26. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859794447654453248 |
|---|---|
| author | Киселевский, Ф.Н. Долиненко, В.В. |
| author_facet | Киселевский, Ф.Н. Долиненко, В.В. |
| citation_txt | Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ / Ф.Н. Кисилевский, В.В. Долиненко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 2 (646). — С. 18-26. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Описана объектно-ориентированная модель контроллера мониторинга МИГ-сварки в среде математического пакета Simulink/MATLAB. Выполнены исследования качества работы трех алгоритмов мониторинга. Предложена реализация контроллера МИГ-сварки с использованием объектно-ориентированного пакета xPC-Target/Simulink/MATLAB.
The object-oriented model of a MIG welding monitoring controller, functioning in the Simulink/MATLAB software package environment, is described. Investigations were conducted to study the quality of operation of three monitoring algorithms. Realisation of the MIG welding controller using the object-oriented xPC-Target/Simulink/MATLAB package is suggested.
|
| first_indexed | 2025-12-02T12:48:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.03
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА
КОНТРОЛЛЕРА МОНИТОРИНГА СВАРКИ МИГ
Ф. Н. КИСИЛЕВСКИЙ , д-р техн. наук, В. В. ДОЛИНЕНКО, канд. техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Описана объектно-ориентированная модель контроллера мониторинга МИГ-сварки в среде математического пакета
Simulink/MATLAB. Выполнены исследования качества работы трех алгоритмов мониторинга. Предложена реализация
контроллера сварки МИГ с использованием объектно-ориентированного пакета xPC-Target/Simulink/MATLAB.
К л ю ч е в ы е с л о в а : мониторинг сварки МИГ, объектно-
ориентированный подход, контроллер, математическое мо-
делирование, виртуальная сварка, алгоритмы мониторинга,
MATLAB, Simulink, xPC-Target
Применение объектно-ориентированного проек-
тирования автоматизированных систем управле-
ния (АСУ), как известно [1, 2], позволяет не толь-
ко сокращать сроки проектирования и повышать
степень соответствия готовой продукции техни-
ческим требованиям, но и достигать большей от-
крытости автоматизированной системы, возмож-
ности повторного использования математического
и программного обеспечения.
При создании объектно-ориентированных АСУ
дуговой сваркой важное место принадлежит раз-
работке и моделированию низкоуровневых подсис-
тем таких, как контроллеры сварочного оборудо-
вания и подсистемы мониторинга процесса свар-
ки. При этом выдвигаются следующие основные
требования:
надежное функционирование в режиме жест-
кого реального времени;
поддержка сформированных на этапе постанов-
ки задачи классов объектов и абстракций предмет-
ной области сварки, а также протоколов взаимо-
действия с другими подсистемами АСУ сваркой;
использование визуальных средств проектиро-
вания, которые позволяют осуществлять разработ-
ку как математического, так и программного обес-
печения.
В настоящей работе представлены результаты
применения объектно-ориентированного подхода
при создании подсистемы мониторинга АСУ свар-
кой МИГ (далее — контроллера). Назначение та-
ких контроллеров состоит в том, чтобы выполнять
ввод и первичную обработку сигналов сварки
(аналоговых и дискретных), а также на основе
алгоритмов мониторинга в реальном масштабе
времени формировать в общем виде оценку ка-
чества ведения сварки.
Как инструментальное средство визуального
проектирования контроллера использовали мате-
матический пакет Simulink/MATLAB 6.х («Math-
Works»). При этом руководствовались соображе-
ниями доступности справочной информации и на-
личия в пакете расширенного состава математи-
ческой библиотеки классов [3–5].
Программный пакет xPC-Target позволяет соз-
давать управляющие программы для IBM/PC —
совместимых контроллеров, работающих в режи-
ме жесткого реального времени. Минимальный
такт работы управляющей программы составляет
0,01 мс. Процесс отладки программы xPC-Target
осуществляется в среде Simulink с использовани-
ем режима удаленной связи с контроллером по
каналу связи типа Ethernet-10BaseT или RS-232c.
Контроллер мониторинга может использовать-
ся как в составе АСУ дуговой сваркой, так и в
качестве автономной системы контроля качества
ведения процесса сварки.
Математическое обеспечение контроллера ре-
ализует ряд задач:
ввод, оцифровывание и фильтрацию аналого-
вых сигналов сварки;
анализ сигналов сварки с целью обнаружения
аварийных ситуаций, сообщающих о несоответ-
ствии текущего режима сварки заданному;
выдачу оценок параметров режима сварки и
меток аварийных ситуаций в компьютер верхнего
уровня по каналу связи типа Ethernet-10BaseT или
RS-232c;
функционирование контроллера в режиме ими-
тации сварки.
В результате синтеза иерархической системы
математических моделей получена функциональ-
ная схема контроллера, приведенная на рис. 1. От-
метим, что изображения функциональных схем
отвечают Simulink-моделям соответствующих
подсистем.
Модель контроллера состоит из ряда моделей
более низкого уровня:
модели сварки МИГ — F1;
аналого-цифрового преобразователя (АЦП) —
F2;
узла инкрементного датчика (энкодера) — F3;
© Ф. Н. Кисилевский, В. В. Долиненко, 2007
18 2/2007
узла дискретного ввода — F4;
узла последовательного передатчика типа RS-
232/RS-485 — F5;
узла оценивания математического ожидания
(МО) и дисперсии сигнала сварки — F6;
алгоритма мониторинга отношения вероятнос-
тей SPRT — F7;
алгоритма мониторинга дифференцирующего
типа IAL — F8;
алгоритма мониторинга интегрирующего типа
DPIO — F9;
узла дискретного вывода — F10;
коммутаторов сигналов и xPC-Target — осцил-
лоскопов.
Элементы коммутаторов предназначены для
реализации режима тестирования, при котором
вместо реальных электрических сигналов сварки
на вход контроллера подаются сигналы модели
сварки МИГ.
Сигнал модели сварки МИГ представляет со-
бой аддитивную смесь двух сигналов — детер-
минированного и случайного.
Детерминированный сигнал формируется мо-
делью системы источник питания–сварочная го-
релка, которая в свою очередь является системой
двух моделей: источника питания дуги и системы
плавящийся электрод–дуга. Случайная составля-
ющая представляет собой стационарный сигнал
шума нормального распределения с нулевым МО,
спектр которого формируется фильтром низкой
частоты (ФНЧ) 2-го порядка (ФНЧ1) с полосой
пропускания 5000 Гц (по уровню 3 дБ). После
суммирования сигнал тока сварки затем обраба-
тывается ФНЧ типа Бесселя 4-го порядка (ФНЧ 2)
с полосой пропускания 100 Гц (по уровню 3 дБ)
и дискретизуется устройством выборки-хранения,
которые моделируют совместную работу входно-
го аппаратного аналогового фильтра и АЦП.
В зависимости от положения переключателя
SW1 контроллер может функционировать в одном
из двух режимов — штатном «сварка» и тести-
ровании (модель). Коммутатор сигналов обес-
печивает гибкость контроллера. В штатном ре-
жиме используется сигнал с выхода АЦП, а при
тестировании — сигнал выхода модели сварки
МИГ. Далее сигнал тока сварки подается на вход
узла оценивания статистических параметров F6
и входы алгоритмов интегрирующего IAL (F8) и
дифференцирующего DPIO (F9) типов.
Оценки дисперсии D и МО рассчитываются
по следующим рекуррентным формулам:
D[i] = D[i – 1] + 1
N – 1 ((xc[i] –
– MO[i])2 – (xc[i – N] – MO[i – N])2);
MO[i] = MO[i – 1] + 1
N(xc[i] – xc[i – N]),
где i — индекс обрабатываемой точки данных;
N — количество точек усреднения; xc — входной
сигнал. Эти оценки затем подаются на входы ал-
горитма мониторинга отношения вероятностей
SPRT (F7).
Сигналы аварийных ситуаций, которые фор-
мируются алгоритмами мониторинга F7–F9, мо-
гут использоваться для вывода на экран видео-
монитора контроллера; включения сигнальных
индикаторов с использованием узла вывода дис-
кретных сигналов F10; формирования информа-
ционных посылок в компьютер верхнего уровня
Рис. 1. Функциональная схема контроллера мониторинга сварки МИГ: Мux1–Mux3 — мультиплексоры сигналов; Iweld_0 —
уставка тока сварки; остальные обозначения см. в тексте
2/2007 19
через узел последовательного передатчика F5. От-
метим, что наличие видеомонитора в составе кон-
троллера необязательно.
В процессе работы контроллер формирует
также информационные посылки в компьютер
верхнего уровня, содержащие данные о длине
сварного шва, усредненных значениях сигналов
сварки и состоянии сигналов синхронизации цик-
лограммы сварки «Пуск» и «Стоп».
Исследования работы алгоритмов мониторинга
проводили в режиме виртуальной сварки с ис-
пользованием модели сварки МИГ. При этом син-
тезировались сигналы тока сварки, которые от-
ражали реакцию на возмущения на расстоянии
горелка–изделие, скорости подачи проволоки и
напряжения питания дуги. Для первого типа воз-
мущения имитировалось прохождение над пре-
пятствиями прямоугольного (брусок), пилообраз-
ного (клин) и гармонического типов.
Отметим, что при моделировании сигнала тока
сварки не ставили задачу точно описать все фи-
зические процессы, которые происходят в системе
источник питания–сварочная горелка–дуга–сва-
рочная ванна (в частности, не учитывали форми-
рование сварного шва, изменение сопротивления
скользящего контакта в сварочной горелке и др.).
В то же время для получения адекватных оценок
работы алгоритмов мониторинга и определения
граничных значений их коэффициентов передачи
необходимо достаточно точно повторить по фор-
ме сигналы сварки. С этой целью реализована из-
вестная динамическая математическая модель ду-
гового сенсора, которая позволила учесть эффект
саморегулирования дуги и объяснить изменения
формы и амплитуды сигналов возмущений в за-
висимости от выходного сопротивления источни-
ка питания дуги.
Математическая модель дугового сенсора опи-
сывает поведение системы плавящийся электрод–
дуга для сварки МИГ. Она представляет собой
систему нелинейных дифференциальных уравне-
ний [6, 7]:
dIarc
dt =
Uxx – β2
Li
– Iarc
⎛
⎜
⎝
Ri
Li
+ lelectrod
α1
SLi
+
β1
Li
⎞
⎟
⎠
+
+ Iarc
–1 ⎛⎜
⎝
α2vpodS – β3
Li
⎞
⎟
⎠
– (ldist – lelectrod)
β4
Li
;
(1)
dlelectrod
dt = vpod – lelectrodIarc
2 γ2
S2
– Iarc
γ2
S , (2)
где α1, α2, β1–β4, λ1, λ2 — сварочные константы;
Ri — активное сопротивление сварочной цепи,
Ом; Li — индуктивность сварочного дросселя, Гн;
Iarc — ток дуги, А; Uxx — напряжение питания
сварки, В; S — поперечное сечение проволоки,
мм2; vpod — скорость подачи проволоки, мм/с;
lelectrod, larc, ldist — длина соответственно вылета
электрода, дуги и расстояние горелка–изделие,
мм, причем
ldist = lelectrod + larc.
Выполнена идентификация данной математи-
ческой модели для схемы сварки МИГ, приве-
денной на рис. 2.
Защитной средой была смесь газов 80 % Ar +
+ 20 % CO2. Наплавку низкоуглеродистой стали
толщиной 5 мм выполняли на режиме: ток сварки
170…190 А; напряжение на дуге 22…35 В; ско-
рость подачи проволоки типа Св-08Г2С
130…160 мм/с; диаметр проволоки 1,2 мм; рас-
стояние горелка–изделие 24...30 мм. В экспери-
ментах использовали источник питания дуги типа
ВДУ-506У3. Измерение длины вылета электрода
и дуги осуществляли с помощью видеокамеры,
снабженной защитным оптическим фильтром. По
результатам экспериментов получены следующие
значения коэффициентов (размерность не приве-
Рис. 2. Схема сварки МИГ: 1 — горелка; 2 — дуга; 3 — сварочная ванна; 4 — вылет электрода; 5 — изделие; 6 — сварной
шов; 7 — источник питания дуги
20 2/2007
дена): α1 = 1,1⋅10–3, α2 = 7,06, β1 = 0,049, β2 =
= 9,2, β3 = 2,22, β4 = 1,31, γ1 = 0,83, γ2 = 3,08⋅10–5.
На основании полученных экспериментальных
данных и в соответствии с математической моделью
(1), (2) синтезировали функциональную схему мо-
дели системы плавящийся электрод–дуга.
Проверку адекватности математической моде-
ли (1), (2) выполняли путем оценки реакции на
переходные воздействия для переменных — ско-
рости подачи vpod и расстояния горелка–изделия
ldist. При этом обнаружено несовпадение формы
сигнала тока дуги с результатами эксперименталь-
ных исследований [8]. Причиной этого явилось
различие в выходных характеристиках источника
питания дуги Migatronec BDH S550 и использу-
емого нами источника питания типа ВДУ-506У3.
Поэтому синтезирована модель, которая с дос-
таточной точностью учитывает реальные харак-
теристики источника питания дуги. Функциональ-
ная схема модели источник питания–сварочная го-
релка показана на рис. 3.
В этой модели выходные характеристики
(«жесткого» типа) источника питания ВДУ-506У3
реализуются следующей линейной передаточной
функцией:
Uxx = (B + Rout)Iweld_control – RoutIweld_back + A,
где A, B — константы; Rout — выходное сопро-
тивление источника питания; Iweld_control — пара-
метр управления выходным током; Iweld_back —
сигнал датчика тока дуги.
Моделирование показало, что соответствие мо-
жет быть достигнуто при увеличении значения
параметра выходного сопротивления источника
питания дуги Rout до 3…6 Ом (типовое значение
Rout для источника питания типа ВДУ-506У3 при
рабочих токах 100…300 А составляет 0,28 Ом).
Таким образом, получено хорошее соответ-
ствие поведения модели сварки МИГ с экспери-
ментальными результатами, что позволяет иссле-
довать работу алгоритмов мониторинга в режиме
виртуальной сварки МИГ.
Алгоритм мониторинга SPRT, который форми-
рует результат статистической проверки гипотез
(отношение вероятностей), описывается следую-
щей рекуррентной формулой [8]:
SPRT[i] = SPRT[i – 1] +
m0 – MO[i]
D[i] ×
× ⎛
⎝
m0 – xc[i] –
m0 – MO[i]
2 ⎞
⎠
,
где m0 — заданное значение уровня контроля сиг-
нала сварки.
В процессе мониторинга текущее значение
SPRT[i] сравнивается с пороговым значением h0,
и в том случае, если выполняется условие
SPRT[i] < –h0, формируется сигнал аварии ALSPRT.
Альтернативой алгоритму SPRT могут служить
известные алгоритмы интегрирующего типа, пос-
троенные по следующим схемам: ФНЧ–элемент
с зоной нечувствительности–выпрямитель–компа-
ратор; элемент с зоной нечувствительности–вып-
рямитель–ФНЧ–компаратор. Как показали пред-
Рис. 3. Функциональная схема модели источник питания–сварочная горелка
2/2007 21
варительные исследования, второй тип интегри-
рующего алгоритма (далее IAL) является предпоч-
тительным ввиду более высоких динамических ха-
рактеристик. На рис. 4 представлена функцио-
нальная схема такого алгоритма мониторинга.
Показанный на схеме элемент РС-осциллоскоп
используется при моделировании. В алгоритме мо-
ниторинга IAL после нелинейного элемента с ре-
гулируемой зоной нечувствительности hg и выпря-
мителя используется сглаживающий ФНЧ Бесселя
4-го порядка c полосой пропускания 1 Гц (по уров-
ню 3 дБ). При выходе усредненного сигнала за пре-
делы зоны срабатывания компаратора h0 формиру-
ется сигнал аварийной сигнализации ALIAL. Благо-
даря простоте этот алгоритм мониторинга доста-
точно широко применяют на практике.
Иногда возникает необходимость отслеживать
не статические, а динамические изменения в па-
раметрах режима сварки. С этой целью можно
применять алгоритмы мониторинга дифференци-
рующего типа — сглаженные дифференцирую-
щие оценки и дифференцирующие полуинтер-
вальные интегральные оценки.
Выход алгоритма мониторинга первого типа
описывается следующим выражением:
g(t) = 1T∫
t – T
t ⎛
⎜
⎝
dxc
dt
⎞
⎟
⎠
dt,
где t — текущее время; T — интервал усреднения.
Для исследований выбран алгоритм второго
типа, работа которого является более показатель-
ной. Этот алгоритм мониторинга DPIO реализует
дифференцирующий фильтр после усредняющих
фильтров:
DPIO(t) =
⎡
⎢
⎣
⎢
⎢
⎢
⎢
2
T ∫
t – T
t – T2
dxcdτ – 2T ∫
t – T2
t
dxcdτ
⎤
⎥
⎦
⎥
⎥
⎥
⎥
⁄ dt =
= 2
Tdt
⎛
⎜
⎝
⎜
⎜
⎜
⎜
∫
t – T
t – T2
dxcdτ – ∫
t – T2
t
dxcdτ
⎞
⎟
⎠
⎟
⎟
⎟
⎟
,
(3)
где τ — вспомогательная переменная интегриро-
вания.
Таким образом, функция (3) формирует вы-
ходной дифференциальный сигнал между двумя
сглаженными сигналами, следующими друг за
другом во времени с задержкой, равной половине
интервала сглаживания T. После несложных пре-
образований в рекуррентной форме ее можно за-
писать как:
DPIO[i] – DPIO[i – 1] = 2
N
⎛
⎜
⎝
2xc[i – N2 ] – xc[i – N] – xc[i]
⎞
⎟
⎠
,
где xc[i – N/2] — выборка анализируемого сигнала
в середине интервала сглаживания; xc[i – N] и
xc[i] — то же на краях интервала сглаживания.
Можно отметить, что такая функция монито-
ринга впервые синтезирована в рекуррентном ви-
де и по сравнению с известным аналогичным под-
ходом [8] позволяет формировать оценки, которые
инвариантны количеству N точек усреднения ана-
лизируемого сигнала. В процессе мониторинга мо-
дуль текущего значения DPIO[i] сравнивается с
порогом h0, и в том случае, если выполняется ус-
ловие |DPIO[i]| > h0, формируется сигнал аварии
ALDPIO.
Рис. 4. Функциональная схема алгоритма мониторинга интегрирующего типа IAL: ABS — элемент взятия модуля; hg — зона
нечувствительности; h0 — порог срабатывания
22 2/2007
При исследовании качества работы алгоритмов
мониторинга учитывались следующие требова-
ния:
алгоритмы должны иметь зону нечувствитель-
ности (для входного сигнала сварки), границы ко-
торой можно регулировать;
в пределах зоны нечувствительности выходы
алгоритмов должны соответствовать отсутствию
сигнала контрольной аварии;
сигнал контрольной аварии должен иметь ха-
рактер однократного срабатывания.
Проведены исследования алгоритмов монито-
ринга для различных типов сигналов возмущений
(прямоугольный, пилообразный, короткий им-
пульс и гармонический) и различных параметров
сварки (расстояние горелка–изделие, скорость по-
дачи проволоки и напряжение на дуге). Наиболее
показательные результаты приведены на рис. 5–7.
Они отражают качество работы трех алгоритмов
мониторинга для прямоугольного и пилообразно-
го сигналов возмущения, которые накладываются
на параметр расстояние горелка–изделие ldist.
Результаты исследований алгоритма монито-
ринга SPRT показали (рис. 5), что наличие един-
ственного параметра h0 не позволяет задавать
ширину зоны нечувствительности, которая опре-
деляется дисперсией шумовой составляющей в
сигнале сварки. Поэтому сигнал возмущения, ко-
торый присутствует в сигнале сварки, может мас-
кироваться усиленным шумом. В связи с этим
алгоритм SPRT был модернизирован: добавлен
ФНЧ с оптимальными характеристиками, который
наилучшим образом отфильтровывал сигнал шума
и в то же время обеспечивал минимальные ис-
кажения формы сигнала возмущения. Получен-
ный сигнал суммировали со вспомогательным вы-
сокочастотным (150…400 Гц) сигналом с ампли-
тудой hg, который имитирует сигнал шума сварки.
Результаты моделирования показали хорошее ка-
чество работы этого алгоритма как при статичес-
ких, так и при динамических возмущениях. Ал-
горитм мониторинга SPRT может надежно фик-
сировать импульсные возмущения продолжитель-
ностью до 0,5 с. Настройка данного алгоритма
Рис. 5. Моделирование работы алгоритма SPRT для возмущения в виде изменения расстояния горелка–изделие (источник
питания типа ВДУ-506У3) прямоугольной (I) пилообразной формы (II): а — отфильтрованный сигнал сварки, зашумленный
высокочастотным сигналом; б — выход алгоритма мониторинга SPRT; в, г — сигнал соответственно контрольной аварии и
возмущения; hg = 1 A; I0 — уровень уставки режима сварки
2/2007 23
заключается в задании зоны нечувствительности
hg и уровня порога срабатывания h0 в пределах
20…100 (обеспечивает отсутствие срабатываний
алгоритма для оптимального режима сварки).
Алгоритм мониторинга интегрирующего типа
IAL может применяться для отслеживания как
медленно изменяющихся, так и импульсных воз-
мущений. Сравнительные исследования его по-
ведения в динамике показали (рис. 6), что при
правильно подобранном сглаживающем фильтре
формирование сигналов аварийных ситуаций про-
исходит без существенного временного запазды-
вания. К недостаткам данного алгоритма можно
отнести то, что при медленно изменяющихся ус-
ловиях сварки он может неоднократно выраба-
тывать сигналы аварийных ситуаций. Настройка
алгоритма заключается в задании зоны нечувс-
твительности hg и уровня срабатывания h0 в пре-
делах 0…1.
Дифференцирующий алгоритм DPIO предназ-
начен для формирования сигналов аварийных си-
туаций только в случае импульсных возмущений.
Статические изменения в сигнале тока сварки не
вызывают срабатывание этого алгоритма (см.
рис. 7). Он может быть полезен в тех случаях,
когда необходимо фиксировать кратковременные
изменения в режиме сварки, которые могут при-
вести к дефектам в сварном шве.
Известно, что кратковременные импульсные
возмущения длительностью менее 0,1 с не вызы-
вают формирование дефектов. Поэтому алгоритм
мониторинга DPIO можно рекомендовать для
фиксирования импульсных возмущений длитель-
ностью от 0,1 до 0,5 с. Настройка алгоритма зак-
лючается в задании значений h0 в пределах 2…10
(должен обеспечить отсутствие срабатываний ал-
горитма для оптимального режима сварки) и ин-
тервала сглаживания N (в нашем случае N = 200).
Рис. 6. Моделирование работы алгоритма IAL для возмущения в виде изменения расстояния горелка–изделие (источник
питания типа ВДУ-506У3) прямоугольной (I) и пилообразной (II) формы: а, в, г — см. рис. 5; б — выход алгоритма
мониторинга IAL
24 2/2007
Таким образом, на основании выполненных ис-
следований можно выделить алгоритм монито-
ринга SPRT, который удовлетворяет всем сфор-
мулированным требованиям. В то же время для
мониторинга импульсных возмущений можно ре-
комендовать дифференциальный алгоритм DPIO,
который позволяет надежно фиксировать откло-
нения в режиме сварки длительностью до 0,1 с.
Реализация контроллера с использованием
xPC-Target выполняется с помощью технических
средств, которые имеют свои описания в пакете
Simulink. Возможно применение и других моду-
лей, однако при этом для них следует разработать
соответствующие драйверы. Используются аппа-
ратные средства контроллера серии «Advantech»,
структура которых представлена на рис. 8.
Контроллер включает следующие аппаратные
средства: модуль процессора РСА-6751, много-
функциональную плату ввода–вывода PCL-818H,
плату связи с объектом управления и шасси
МВРС-641. Модуль процессора PCA-6751 пред-
ставляет собой IBM/PC — совместимый промыш-
ленный компьютер с процессором Pentium MMX
с частотой 266 МГц и оперативной памятью
32 Мбайт. В него входят контроллер Ethernet-
10BaseT, два интерфейса последовательного об-
мена типа RS-232/RS-485, контроллеры VGA-дис-
плея накопители жестких и гибких дисков. Мно-
гофункциональная плата ввода–вывода PCL-818Н
осуществляет ввод и оцифровывание аналоговых
сигналов сварки с дискретностью 12 бит и пре-
дельной частотой 100 кГц. Она включает шесть
линий ввода–вывода дискретных сигналов и один
16-битовый счетчик. Плата связи с объектом уп-
равления имеет в своем составе аналоговые ФНЧ,
которые включены перед модулем аналогового
ввода и предназначены для ограничения спектра
сигналов сварки до уровня половины значения
Рис. 7. Моделирование работы алгоритма мониторинга DPIO для возмущения в виде изменения расстояния горелка–изделие
(источник питания типа ВДУ-506У3) прямоугольной (I) и пилообразной (II) формы: а, в, г — см. рис. 5; б — выход алгоритма
DPIO
2/2007 25
частоты дискретизации. На этой плате также рас-
положены согласующие усилители-пребразовате-
ли для ввода-вывода дискретных сигналов.
Режим работы в жестком реальном времени
достигается за счет использования операционной
системы реального времени типа RTTarget-32
(«On Time»). Такт работы управляющей програм-
мы составляет 1 мс (загрузка процессора при этом
— около 15 %). Управляющая программа
вводится либо с гибкого диска, либо с flash-диска
и в дальнейшем в работе использует только опе-
ративную память. Отметим, что контроллер не
имеет жесткого диска, что позволяет эксплуати-
ровать его в условиях ударных нагрузок и виб-
рации.
Таким образом, предложен подход объектно-
ориентированной разработки контроллеров мони-
торинга сварки МИГ, в котором применяется
метод сквозного проектирования с использовани-
ем математического пакета xPC-Target Simulink
/MATLAB.
1. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектиро-
вание (с примерами приложений на С++) / Пер. с англ.
— М.: Бином, 2001. — 558 с.
2. Долиненко В. В., Кисилевский Ф. Н. Объектно-ориенти-
рованное программирование систем управления техно-
логическим процессом сварки // Автомат. сварка. —
2001. — № 6. — С. 43–49.
3. Дьяконов В. П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5. Осно-
вы применения: Полное руководство пользователя. —
М.: СОЛОН-Пресс, 2004. — 491 c.
4. Лазарев Ю. И. Моделирование процессов и систем в
MATLAB: Учеб. курс. — Киев: BHV, 2004. — 512 с.
5. Черных И. В. Simulink: среда создания инженерных при-
ложений. — М.: Диалог-МИФИ, 2003. — 496 c.
6. Долиненко В. В., Кисилевский Ф. Н. Определение попе-
речного смещения горелки относительно стыка при
сварке с колебаниями // Информ. материалы СЭВ. —
1988. — Вып. 1. — С. 37–41.
7. Долиненко В. В. Оценка и управление положением горел-
ки с использованием электрических параметров свароч-
ной дуги: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Киев,
1989. — 16 с.
8. Quality monitoring in robotized spray GMA welding /
S. Adolfsson, A. Bahrami, G. Bolmsjo, I. Claesson // Intern.
J. for Jointing of Materials. — 1999. — 10, № 1. — P. 3–23.
The object-oriented model of a MIG welding monitoring controller, functioning in the Simulink/MATLAB software
package environment, is described. Investigations were conducted to study the quality of operation of three monitoring
algorithms. Realisation of the MIG welding controller using the object-oriented xPC-Target/Simulink/MATLAB package
is suggested.
Поступила в редакцию 09.06.2006
Рис. 8. Состав аппаратных средств кон-
троллера мониторинга сварки МИГ
26 2/2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99227 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T12:48:22Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Киселевский, Ф.Н. Долиненко, В.В. 2016-04-25T10:04:02Z 2016-04-25T10:04:02Z 2007 Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ / Ф.Н. Кисилевский, В.В. Долиненко // Автоматическая сварка. — 2007. — № 2 (646). — С. 18-26. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99227 621.791.03 Описана объектно-ориентированная модель контроллера мониторинга МИГ-сварки в среде математического пакета Simulink/MATLAB. Выполнены исследования качества работы трех алгоритмов мониторинга. Предложена реализация контроллера МИГ-сварки с использованием объектно-ориентированного пакета xPC-Target/Simulink/MATLAB. The object-oriented model of a MIG welding monitoring controller, functioning in the Simulink/MATLAB software package environment, is described. Investigations were conducted to study the quality of operation of three monitoring algorithms. Realisation of the MIG welding controller using the object-oriented xPC-Target/Simulink/MATLAB package is suggested. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ Mathematic modeling and design of controller for MIG welding monitoring Article published earlier |
| spellingShingle | Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ Киселевский, Ф.Н. Долиненко, В.В. Научно-технический раздел |
| title | Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ |
| title_alt | Mathematic modeling and design of controller for MIG welding monitoring |
| title_full | Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ |
| title_fullStr | Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ |
| title_full_unstemmed | Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ |
| title_short | Математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки МИГ |
| title_sort | математическое моделирование и разработка контроллера мониторинга сварки миг |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99227 |
| work_keys_str_mv | AT kiselevskiifn matematičeskoemodelirovanieirazrabotkakontrolleramonitoringasvarkimig AT dolinenkovv matematičeskoemodelirovanieirazrabotkakontrolleramonitoringasvarkimig AT kiselevskiifn mathematicmodelinganddesignofcontrollerformigweldingmonitoring AT dolinenkovv mathematicmodelinganddesignofcontrollerformigweldingmonitoring |