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1、南昌航空大学硕士学位论文 摘要 I摘要 逆变电源技术自用于电阻焊领域研究以来，其智能化的逆变电阻焊机就以其体积小、重量轻等诸多特点、成为发展的主要方向之一。本文的研究就是利用 PC机和多功能数据采集卡代替传统的单片机对逆变电阻焊机的点焊过程进行智能控制。 从生产实际出发，在充分了解分析用户的需求下，本文利用 LabVIEW 用户开发的数据库工具包 LabSQL 及 Microsoft 开发的 Access 数据库构建了点焊工艺参数数据库，实现了点焊工艺参数信息化的管理。 为了克服单参数检测技术的不足，充分利用点焊过程各种参数所提供的熔核质量信息，本文开发了一种基于虚拟仪器的数据采集系统。该系统
2、采用 LabVIEW作为数据采集模块编程语言，利用多功能数据采集卡 PCI-1710L 对焊接电流、焊接压力及电极位移进行实时检测，解决了单片机数据采集系统的缺陷，同时也为点焊质量在线判识或再现历史点的史料分析与评估提供了重要的参考平台。 针对点焊过程的高度非线性、多变量耦合和大量随机不确定因素的动态热过程，本文提出了基于模糊神经网络的自适应逆变点焊恒流控制方法，构建了焊接峰值电流与逆变器占空比之间的数学模型来获取网络训练样本，大大减小了网络样本的获取成本，并利用 MATLAB 语言对模糊神经网络算法进行了仿真试验。结果表明模糊神经网络具有较好的自适应调整的能力，系统响应时间较快，稳态精度高，
3、能满足点焊过程的需要。 关键字：点焊；逆变电源；数据采集；模糊神经网络 南昌航空大学硕士学位论文 ABSTRACT IIABSTRACT Since inverter power technology has been researched in the field of resistance welding, the intelligent inverter resistance welder have taken the small size, light weight and many other features as one of the main direction develop
4、ment. The papers research is that how to use PC and multi-function data acquisition card instead of the traditional SCM inverter resistance welder to intelligently control in spot welding process. From the production reality and the full understanding of the needs of users, this paper constructed th
5、e spot welding process parameters database by LabVIEW users of the database development tool kits LabSQL and Access database developed by Microsoft. The database has implemented the information management to spot welding process parameters. This paper developed a data acquisition system based on vir
6、tual instrument in order to overcome the single parameter detection technology deficiencies and make full use of spot welding process parameters provided by the melting of quality information. This system taked LabVIEW data acquisition module as a programming language and used multifunction data acq
7、uisition card PCI-1710L to do real-time dynamic displacement measurement welding current for welding pressure and Electrode displacement. This design not only solved SCM data acquisition system defects, but also provided an important reference platform for the quality of online identification spot w
8、elding or reproduction historical point of historical analysis and evaluation. The spot welding process have many factors including highly non-linear, more variable coupling. It also is the dynamic thermal process including a large number of random uncertainties factors. To these factors, the paper
9、proposed adaptive inverse Variable Spot Welding constant current control methods based on fuzzy neural network, constructed the mathematical model between the peak current and welding inverter duty cycle to obtain network training samples, and greatly reduces the cost of network access to the sample
10、s. It has simulation experiments by fuzzy neural network algorithm by MATLAB language. The simulation results show that FNN has good adaptive capacity adjustments, faster system responses time, steady-state high accuracy. It also can meet 南昌航空大学硕士学位论文 ABSTRACT IIIthe needs of spot welding process. K
11、eyword: spot welding； inverter power；data acquisition；FNN 南昌航空大学硕士学位论文 第 1 章 绪论 1第 1 章 绪论 1.1 研究背景与意义 电阻点焊由于在焊接过程中能量集中、变形小、生产率高，特别适宜于焊接薄壁零件，因此在航空、航天制造工程和汽车、电子等工业领域得到越来越广泛的应用，成为国民经济中不可缺少的一种制造工艺1,2,3。而随着社会的发展，对焊点的质量也越来越高，因此促进了对点焊过程的控制也向精密、高效和智能化方向发展。 逆变式点焊电源由于其高频带来的一系列优点，具有焊接变压器体积小、质量轻、动态响应速度快、控制精度高、焊
12、接电流脉动小、电网三相平衡、功率因数高等优点，成为了电阻焊领域研究的主要方向之一。而点焊作为一个高度非线性、有多变量耦合作用和大量随机不确定因素的比较复杂的动态热过程，外界因素和焊接参数的微小变化，都会影响熔核的形成，从而影响焊点质量。综观点焊过程与质量控制的发展，不难发现，无论哪种控制方法，都是建立在对焊接过程某些信号的采集处理基础上的。目前国内大多仍采用单片机形式对点焊过程进行控制，其虽能基本满足点焊的要求，但存在着采样速度较慢、存储数据容量小，系统可靠性较差等问题，因此在控制决策上，很难由常规的控制决策模式向人工智能(神经网络、模糊逻辑等)决策方式发展。而在实际生产中，焊接人员有时又必须
13、对重要的焊接构件的焊点进行数据保存及实时评估焊点的质量等问题。若利用单片机和PC机，通过通信的方式对其控制，虽能达到以上要求，但存在资源浪费等问题。本课题就是在此种背景下提出利用PC及多功能采集卡实现对焊接过程的控制，采用此种方法不仅很好的解决了单片机控制的缺陷，而且为点焊质量在线判识或再现历史点的史料分析与评估提供了重要的参考平台。同时在本文中采用的模糊神经网络智能控制技术，也符合我国先进制造技术精密化、智能化的发展方向的，对研究点焊过程控制具有重要意义。 南昌航空大学硕士学位论文 第 1 章 绪论 21.1.1 点焊电源的发展 回顾电阻焊电源的发展历史，实际上就是点焊电源的发展史。其主要包
14、括:单相工频、三相低频、次级整流电阻焊机等。 (1) 单相工频电阻焊机 单相工频电阻焊机是最早发展起来的电阻焊机，其电路设计十分简单，焊接质量很难得到保证，但是它的主电路形式却被后来的电阻焊机所采用。到了六十年代，随着大功率晶闸管的出现，单相工频电阻焊机也得到了相应发展。其通用性强，设备费用低、控制简单。它可以自动补偿网路电压波动、实现焊接恒流或恒压控制，尤其适合电阻率较大的材料。从能源角度看，单相工频电源是一种很不理想的电源。由于其焊接电源采用单相 380V 供电，且焊接通电时间短，瞬时功率大，特别是在供电电网功率不足、电阻焊机功率较大的情况下，会给电网造成较大冲击，污染电网，同时，单相工频
15、电阻焊机的功率因数小，仅有 40%，还存在焊接电流过零，焊接不连续的问题，因此不适合焊接诸如铝及其合金等导热好的金属材料。 (2) 三相低频电阻焊机 五十年代，人们相继研制了三相低频电阻焊机和次级整流电阻焊机。这些焊机的出现，不仅首先解决了大功率电阻焊设备的制造问题，而且还推动了电阻焊工艺在有色金属焊接方面的应用。三相低频电阻焊机与一般单相工频电阻焊机最大区别在于三相低频电阻焊机有自己特殊的变压器和一套三相交流可控组件。 三相低频电阻焊机由三相电源供电，电网负载均匀；焊接电流脉冲波形具有平稳上升和下降的特点；焊接工艺性能好，功率因数可以达到 85%以上。这类焊机适用于焊接质量较高的场合，对诸如铝合金、低碳钢、不锈钢、耐热合金钢等都能保证优良的焊接质量。但是，三相低频电阻焊机瞬时负载实际上是三相轮流使用，并不能作到严格意义上的三相负载平衡，焊接变压器的单向持续通电时间受其磁饱和条件的限制，焊接电流波形不能快速改变。且仍存在电流过零等问题。 (3) 次级整流电阻焊机 次级整流电阻焊机的成熟完全归功于上世纪六十年代大功率整流管制造技术及工艺的发展与成熟。次级整流电阻焊机，是在阻焊变压器的次级绕组输出端加入大功率整流管，将电阻焊变压器输出的交流电整流成直流后焊接。次级整流电阻焊机主电路有三种基本形式:单相全波整流、三相半波整流、三相全波整
