автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Методы и системы управления формированием сварного соединения в технологических процессах электродуговой сварки

СсЛ '

На правах рукописи

.г \

Соколовский Руслан Викторович £ ^

МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЕМ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (промышленность, промышленная безопасность и экология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тула 2005

Работа выполнена на кафедре аэрологии, охраны труда и окружающей среды в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор

Панарин

Владимир Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Тупиков

Николай Григорьевич Судник

Владислав Александрович

Ямпольский

Виктор Модестович

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ»

Защита состоится 23 декабря 2005 года в 14 часов в учебном корпусе № 9, ауд. 101 на заседании диссертационного совета ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» Д.212.271.05 (300600, г. Тула, пр. Ленина, 92).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять на имя ученого секретаря совета.

Автореферат разослан 21 ноября 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета **. В. М. Панарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Технологический процесс электродуговой сварки широко применяется при изготовлении узлов и деталей в машиностроительной, нефтяной, газовой и многих других отраслях промышленности. Сварные соединения обеспечивают высокую прочность, герметичность и долговечность при относительно простом способе их выполнения. В тоже время свыше 70 % электросварочных работ производится вручную. Сварщик работает в условиях сильной загазованности, подвергается вредному воздействию излучения дуги. Тяжелые условия труда приводят к тому, что сварщик занимается непосредственно сваркой лишь 30 % своего рабочего времени, остальное - уходит на отдых.

К качеству сварных соединений предъявляются весьма жесткие требования, удовлетворить которые только за счет правильного выбора технологии и режимов сварки затруднено из-за наличия большого числа возмущающих воздействий, влияющих на процесс формирования шва и снижающих его качество. Это, прежде всего, погрешность при изготовлении деталей под сварку, отклонение параметров стыка от заданной геометрии, погрешность наведения электрода на стык свариваемых деталей. Исключить влияние возмущающих факторов даже при современной технологии невозможно, так как в большинстве случаев они обусловлены сложной формой изделия, особенностями физических процессов, протекающих при сварке, деформацией и короблением изделия, изменением теплофизических свойств материалов и т.п.

При автоматизации технологического процесса электродуговой сварки необходимо решать проблему комплексного управления параметрами процесса, влияющими на качество формирования сварного соединения. Применение для этих целей локальных систем управления зачастую не обеспечивает требуемого качества. В связи с этим проблема создания систем управления одновременно несколькими параметрами, влияющими на формирование шва, является актуальной.

Современный подход к созданию автоматических систем управления сварочными процессами требует не просто замены существующих аналоговых регуляторов на цифровые, имеющие несомненные преимущества с точки зрения обеспечения визуализации процесса, графического интерфейса оператора, самоконтроля, хранения и архивирования информации и т.п., но и должен предлагать повышение качества управления за счет использования высокоэффективных алгоритмов. Стремительное развитие технологии производства средств микропроцессорной техники создало необходимые предпосылки для практического внедрения подобных алгоритмов. Однако для процесса сварки сдерживающим фактором является отсутствие алгоритмического и программного обеспечения цифровых систем управления сварочными процессами.

По проблемам автоматизации технологического процесса электродуговой сварки исследования проводятся как в нашей стране, так и за рубежом. Наиболее известны в этой области работы Б.Е. Патона, Э.А. Гладкова, Н.С.Львова, В.К. Лебедева, К.К. Хренова, Г.М. Каспржак, Л.Е. Алехина, В.М.Шитовой, Н.М. Трофимова, В.А. Судника, В С. Карпова, В.М. Мазурова,

В.А. Тимченко, Г.А. Цыбулькина, В.К. Долиненко, G. Cook, P. Drews, J. Repenning, Y.Fujita, H. Fujino, A. Ichikawa и других авторов.

Таким образом, проблема построения надежных и эффективных систем управления формированием сварного соединения по ряду параметров с использованием сварочной дуги в качестве источника информации является актуальной и представляет научный и практический интерес.

Целью работы является решение научной проблемы повышения качества сварного соединения на основе разработки методов и средств автоматического управления в технологических процессах электродуговой сварки с использованием электрической дуги в качестве источника информации, разработки математических моделей и установления зависимостей между параметрами стыка и гармоническими составляющими тока и напряжения, создания систем автоматического управления, разработки новых оригинальных структур, оптимизации систем управления для технологического процесса сварки под флюсом и разработка алгоритмов управления.

Достижение этой цели позволяет решить важную научно-техническую проблему по созданию систем управления формированием сварного соединения с использованием дуги в качестве источника информации в технологических процессах электродуговой сварки.

Автор защищает:

- принцип построения систем управления формированием сварного соединения с использованием информации о ходе процесса сварки по электрическим параметрам дуги;

- ряд функциональных зависимостей между параметрами стыка и гармоническими составляющими сварочного тока;

- структуру системы управления формированием сварного соединения на основе использования электрических параметров сварочного тока и напряжения;

- оригинальные структуры систем автоматического управления формированием сварного соединения на основе использования дуги как источника информации и методики их расчета;

- методику определения структуры и параметров динамической модели, отражающей взаимосвязь параметров стыка и гармонических составляющих сварочного тока;

- методику оптимизации систем управления на основе преобразования координат состояния по критерию максимального быстродействия с целью повышения качества сварного соединения в технологических процессах сварки под флюсом;

- аппаратную и схемотехническую реализацию систем управления на средствах микросхемотехники и однокристальных микроЭВМ применительно к сварочному оборудованию.

Методы исследования. Решение поставленной в работе проблемы базируется на использовании методов гармонического анализа, теории фильтрации сиг-натов, цифровой обработки сигналов, численного анализа, теории оптимааьных систем управления. Подтверждение достоверности и эффективности предложенных систем управления проводилось на основе результатов компьютерного моде-

лирования и промышленных испытаний в реальных технологических процессах электродутовой сварки.

Научная новизна заключается в предложении принципа получения информации по электрическим параметрам сварочной дуги с использованием гармонических составляющих сварочного тока и напряжения для формирования управляющих воздействий в системах автоматического управления сварочными процессами. На основе предложенного принципа разработаны новые оригинальные структуры систем автоматического управления формирования сварного соединения в технологических процессах электродуговой сварки в среде защитных газов и под флюсом. Установлены взаимосвязи между параметрами стыка свариваемых деталей и гармоническим составом сварочного тока и напряжения на дуге. Предложен идентификационный подход и методика определения структуры и параметров динамической модели, отражающей взаимосвязь параметров стыка и гармонических составляющих тока и напряжения, разработана методика выбора коэффициентов штрафа в квадратичном критерии качества Разработана методика оптимизации систем управления в технологических процессах сварки под флюсом.

Практическая ценность работы заключается в разработке методологии построения систем управления формированием сварного соединения по электрическим параметрам дуги без использования дополнительного комплекса внешних датчиков, что упрощает конструктивное исполнение систем управления, повышает их надежность и снижает стоимость производства Методология доведена до конкретных решений в виде новых оригинальных структур систем управления, методик расчета, схемотехнических вариантов реализации систем управления. Применение разработанных систем позволяет автоматизировать технологический процесс элекгродуговой сварки. При этом существенно изменяется характер труда сварщика, он выводится из зоны вредного воздействия сварочной дуги. Использование систем управления обеспечивает повышение качества сварного соединения, увеличение производительности труда, приводит к снижению затрат электроэнергии и сварочных материалов.

Реализация результатов работы. Предложенные в диссертации методы автоматизации технологического процесса электродуговой сварки легли в основу реализованных в производстве эффективных и надежных систем управления для ряда серийного технологического оборудования. Разработаны: система управления сварочным оборудованием трубосварочной базы, предназначенной для сварки плетей магистральных трубопроводов; система управления применительно к сварочным роботам и специализированному сварочному оборудованию; система управления применительно к оборудованию для сварки корпусов шаровых кранов для магистральных трубопроводов под флюсом; аналоговый блок адаптации доя сварочных роботов, манипуляторов и другого оборудования. Разработана универсальная система управления на однокристальных микроЭВМ для широкого класса электросварочного оборудования; алгоритмы и программное обеспечение, которое может использоваться как в промышленных контроллерах в виде встраиваемой опции, так и в составе современных АСУ ТП.

Разработанные системы управления технологическим процессом электродуговой сварки внедрены в серийное оборудование на следующих пред-

приятиях: ОАО «Центргаз», ОАО «Мострансгаз», НЗКМ, ОАО «Тяжпромар-матура», ОАО «Тульский машиностроительный завод», ОАО «Тульский комбайновый завод», ГНТПП «Сплав», ОАО «Туларегионгаз», ОАО «Завод «Штамп», ОАО «Тульский патронный завод». Разработанные методы и программное обеспечение использованы в курсах «Локальные системы управления» и «Применение управляющих вычислительных машин».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались:

- на II Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в соединениях материалов», 1998 г.;

- the 6А International Conference on Automatic control, 1998 г.;

- на 1-й Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в науке и производстве», 1999 г.;

- The international scientific youth conference, 1999 г.;

- на 5-й Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин», 2000 г.;

- на 6-й Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин», 2001 г.;

- на IY Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов», 2003 г.;

- на 1-ой Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики», 2004 г.;

- на научно-технических конференциях и научных сессиях Тульского государственного университета в 1998-2005 гг.

Система управления была представлена на Всероссийской выставке «Сварка цветных металлов и сплавов» (1999 г.), программы моделирования демонстрировались на Выставке при Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов» (2003 г.), работа представлялась на Международной Российско-Итальянской выставке по экономическому и научно-техническому сотрудничеству в г. Риме (2005 г.).

Работа выполнена в рамках научно-технической программы Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Производственные технологии», тема «Исследование и разработка микропроцессорных систем управления производственным оборудованием для электродуговой сварки». Результаты работы использовались в ряде хоздоговорных НИР и внедрены на 12 различных предприятиях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 печатных работ, среди которых 7 монографий и учебных пособий с грифом УМО, 6 патентов на изобретения.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 184 наименований, работа изложена на 400 страницах машинописного текста с приложениями, имеет 155 рисунков и 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность диссертационной работы, сформулирована научная проблема и поставлены задачи исследования, приведены методы исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе определяется класс объектов автоматизации, оценивается современное состояние теории и практики построения систем автоматического управления формированием сварного соединения, формируются цели и задачи исследования.

В диссертационной работе приведены результаты исследований отечественных и зарубежных ученых по проблемам построения систем автоматического управления процессом формирования сварного соединения, являющихся важными элементами комплексной системы управления процессом сварки. Перспективным и быстроразвивающимся направлением является использование самой сварочной дуги в качестве источника информации о формировании сварного соединения. В этой области наиболее известны работы Б.Е. Патона, Э.А. Гладкова, С.П. Деггерева, В.А. Тимченко, Г.А. Цыбулькина, В.К. Доли-ненко, G. Cook, P. Drews, J. Repenning, Y.Fujita, H. Fujino, A. Ichikawa и других авторов.

В диссертации проведена классификация известных способов управления процессом сварки с использованием сварочной дуги в качестве источника информации, представленная в таблице.

Таблица

Классификация способов управления с использованием дуги в качестве источника

информации

Способ измерения Тип сварочного процесса Преимущества Недостатки

По разности токов на электродах Двухэлектродная сварка Электроды размещены с противоположных сторон от линии стыка. Неплавя-щийся электрод Простота реализации системы управления Ограниченный круг сварочных процессов. Сложность конструкции ШЛОВКИ

По значениям тока в фиксированных крайютх точках колебаний Сварка с колебаниями электрода Плавящийся и неплавящийся электроды. Защитный газ: аргон, гелий Возможность сварки стыков с переменной шириной разделки кромок Низкая помехоустойчивость. Не обеспечивается работа в среде углекислого газа

По нарастанию тока при движении над кромкой стыка Плавящийся и неплавящийся электроды. Защитный газ: аргон, гелий Колебания элеетрода, коррекция положения и амплитуды колебаний производится одним приводом. Регулирование амплитуды колебаний в зависимости от ширины разделки кромок Низкая помехоустойчивость. Возможность залипания электрода

По интегральным значениям тока Сварка с колебаниями электрода Плавящийся и неплавящийся электроды Защитный газ: аргон, гелий Повышенная точность получения информации. Низкая помехоустойчивость при сварке в углекислом газе. Низкие динамические качества

В предложенной классификации приведены известные способы измерения, применяемые в технологическом процессе, показаны их достоинства и недостатки.

Также в диссертации дается классификация известных систем автоматического управления по принципу построения, технологическому назначению, конструктивным особенностям и способам управления. В классификации рассмотрены некоторые варианты систем, которые возможны в принципе, но пока не реализованы или находятся в стадии разработки. Это относится, в частности, к системам оптимального, экстремального и адаптивного управления сварочными процессами, которые к настоящему времени практически не исследованы.

Использование методов теории автоматического управления для анализа и синтеза систем предполагает наличие динамических моделей, описывающих сварочный процесс. С этой точки зрения анализа и синтеза систем управления наиболее удобны модели, представленные в виде дифференциальных уравнений и передаточных функций и отражающие процессы в контуре «источник питания - дуга - сварочная ванна», как в единой электродинамической системе. В диссертационной работе проведен обзор таких моделей.

Во втором разделе дается теоретическое обоснование принципа получения информации о формировании сварного соединения и математическое описание процесса электродуговой сварки.

Принцип основан на том предположении, что в технологических процессах электродуговой сварки с колебаниями электрода происходит модуляция электрической дуги, причем вид модуляции несет информацию о параметрах процесса сварки и формировании сварного соединения.

Технологические колебания электрода применяются для более равномерного прогрева кромок свариваемых деталей, перемешивания расплавленного металла, а, следовательно, формирования более качественного сварного соединения. Колебания электрода могут быть поперечными, круговыми или иметь иной вид. Эти колебания, предназначенные для решения технологических задач, дают возможность получить информацию о формировании сварного соединения по анализу кривых сварочного тока или напряжения на электроде. На практике колебания электрода часто являются синусоидальными или могут быть, с некоторым приближением, представлены в таком виде, и вызывают модуляцию сварочного тока и напряжения. При этом из-за нелинейности характеристики дуги колебания тока представляют собой периодический сигнал сложной формы. Однако, его гармонический анализ показывает, что преобладающими являются периодические составляющие на частотах колебаний электрода или кратных частотах. Таким образом, непрерывные колебания электрода приводят к непрерывной модуляции сварочного тока и напряжения, причем параметры гармонических составляющих несут информацию о формировании сварного соединения. В результате колебания электрода, предназначенные для повышения качества сварного соединения, одновременно играют роль информационных в системах управления формированием сварного соединения.

Для теоретического обоснования предложенного принципа в диссертации получено математическое описание, дающие представление о процессах, протекающих в сварочном контуре при различных геометрических параметрах свариваемого соединения. Для исследования процесса модуляции сварочного тока и напряжения необходимо располагать описанием стыков свариваемых кромок. В диссертации рассмотрено четыре основных вида сварочных стыков: тавровый, угловой, стык со скосом кромок, стык без скоса кромок. Их описание определяется из геометрических построений, приведенных на рисунке 1.

в)

г)

Рис. 1. Обоснование математического описания модуляции сварочного тока и напряжения на различных видах стыков: а) тавровый стык; б) угловой стык; в) стык со скосом

кромок; г) стык без скоса кромок. Получено описание таврового стыка в виде следующей системы уравнений:

¡к =/«+[*(/) +Леша»/]*-

&00'

= у = 90-

Кр, х + Л ят он < а-Р

А£_■ £00 !

eos а, x+A sin cot <, —;

tgir) l

eos p, x+A sin <ot > —1—,

fg(r)

где ¡к - контактное расстояние между токоподводом и изделием; /„ _ длина горячего вылета; Ь - длина сварочной дуги; х(0 - величина отклонения сварочного электрода; А, со - амплитуда и угловая частота колебаний электрода; а, р - углы разделки свариваемых кромок, у- угол наклона биссектрисы.

Угловой стык описывается соотношениями вида

(lk<¡-d■K0-lй)^cosa, <1< /*0_/' ■

4 =

/g(90 + а)

(lá0+dKfi-¡B)-cosp, d>

ho_[в

tg(9Q-P) tg(9Q + a)' Ka = tga\ Kp = tgP,d = x(0 + A sin <o t

Стыковое соединение со скосом кромок представляется в виде следующей системы уравнений

А

L -

tga

tg(90-a)

0,о + d ■ Ka -1.) • eos a, -K\<d< '-^zLi;

~~'B - K\, d S 7*° ¡s ■

tgr

Л-ft / A

tg(90-a)

tgr

(lt0-d-K.-lt) cosP, ^—lí <d<L +K1,

tgr

/£(90 + /?)

jÍA-rfl + (/ / ;,)', 7*o h +K2<d:

][tga ) Ua ' íg(90 + P)

tgP'

lk0-L-h, d>

tgfi'

где Ka '-tga■,Kв =ígP;d = х(0 + А51пф1 , А'1 =-+h■tga, К2-—- +

Л - параметр разделки деталей.

Для описания стыкового соединения без скоса кромок получено соотношение вида

)(i +(/<° ~/л)2* |r(/)-sinH < f •

где w - ширина зазора.

Для анализа гармонического состава сварочного тока и напряжения данные уравнения рассматриваются совместно с математическим описанием процессов, протекающих в сварочном контуре с учетом источника питания. Например, для стыкового соединения со скосом кромок математическое описание с учетом динамики источника питания и сварочной дуги, как показано в диссертации представляет собой следующую совокупность дифференциальных, линейных и нелинейных алгебраических уравнений. А

I =

ij.o-i.-h, ай-

(Л. + </] + (/и -1М - А)\ - А < а <; — А'1, а $

<8(90 —а)

#(90 + /?)

'"-У* +К2<сИ~-, \'и« ; Л '>(90+/?) /8/9

_ -(/„(*. + +0+Д«/« +Ца +£/,). А( }-\крг + кр<н,н>н-, л £ ' /»д,

К = кли.+и.) . " ~ рад +я, + дя,)'

-V

Л "" ""

где: / - расстояние между токоподводом и изделием; 1д - длина дуги; /„ - сварочный ток; иа - анодное падение напряжения; С/, - падение напряжения на горячем вылете электрода; р,8,с,Т„Н, - плотность, сечение, теплоемкость, температура и энтальпия плавления электродного металла; Я, - сопротивление горячего вылета электрода; Нс - точка Кюри; - кр< - постоянные коэффициенты; иа - напряжение холостого хода; ик - катодное падение потенциала; Ед - градиент падения напряжения; Вх - контактное сопротивление; и - индуктивность и сопротивление источника питания; - скорость плавления сварочной проволоки; / - в общем виде нелинейная функция, определяемая видом стыка свариваемых деталей; х,И - отклонение головки от стыка; А,<о - амплитуда и частота колебаний электрода; - параметры

стыка.

Для технологического процесса сварки в среде углекислого газа, который характеризуется крупнокапельным переносом металла электрода в сварочную ванну, в диссертации предложен метод моделирования этого процесса. Как известно, в процессе сварки в СО? на конце электрода образуется капля расплавленного металла, которая, увеличиваясь в размерах в некоторый момент времени, переходит в сварочную ванну. Этот переход сопровождается коротким замыканием ду гового промежутка. Затем происходит разрыв перемычки между электродом и каплей и на конце электрода образуется новая капля. После этого процесс ее перехода в сварочную ванну повторяется. Размер капель и длительность коротких замыканий зависит от многих параметров процесса сварки: величины тока и напряжения, типа и диаметра электрода, скорости его подачи, динамических характеристик источника питания и целого ряда других.

Для моделирования процесса каплепереноса в диссертации предложен следующий алгоритм. Сначала разыгрывается значение х случайной величины X, распределенной равномерно на интервале (0, 1), и находится значение случайной величины Тк.3 по формуле Ткз = G1~1(*X где Gf'(x) - функция, обратная по отношению к функции распределения Т&з. Функция Gfl(x) существует, так как функция распределения Тк.з непрерывна и монотонна. Затем по истечении времени Т^.з разыгрывается значение х случайной величины X, распределенной равномерно на интервале (0, 1), и находится значение случайной величины к по формуле Кд =Gj'(x), где Gf'(x) - функция, обратная по отноше-

" К,.

нию к функции распределения Тд. Эта функция Gf 1(х) также существует, функция распределения Тд непрерывна и монотонна. Время горения дуги определяется как Тд =ТКЗ -Кд. По истечении времени Тд вновь определяется величина Тк.з.-

Алгоритм моделирования используется в совокупности с математическим описанием процессов, протекающих в сварочном контуре с учетом динамики источника питания и сварочной дуги, а также описанием видов стыка.

Результаты моделирования сварочного тока показаны на рисунке 2. В данном случае использовалась модель сварочного процесса при сварке таврового стыка.

<№>:• ад»

Рис. 2. График изменения сварочного тока по результатам моделирования каплепереноса

На основании полученного математического описания можно исследовать гармонический состав сварочного тока и напряжения в зависимости от вида стыка, а также параметров технологического процесса сварки и источника питания.

В диссертации приведено исследование изменения гармонических составляющих сварочного тока при вариации параметров стыка и колебаний электрода для различных видов стыков. График зависимости гармонической составляющей сварочного тока для таврового стыка на частоте колебаний электрода для различных А приведен на рисунке 3.

Влияние амплитуды колебаний на гармоническую составляющую тока сварки

80...........

№

30

о г

-4

Рис. 3. Влияние амплитуды колебаний электрода на характер изменения гармонической составляющей сварочного тока

На начальном участке графика при выполнении условия х < А линии, соответствующие разным значениям колебаний электрода, совпадают. На интервале х>Л появляется участок, на котором величина амплитуды гармонической составляющей постоянна. Уровень последней зависит от значения А. Таким образом, изменение гармонической составляющей сварочного тока при отклонении головки, не превышающем амплитуды колебаний электрода, не зависит от А. При большем отклонении головки возникает характерный участок насыщения, определяемый величиной амплитуды колебаний электрода. Необходимость изучения этой зависимости обусловлена тем, что, согласно предложенному способу сигнал управления определяется по сварочному' току.

График зависимости гармонической составляющей сварочного тока на удвоенной частоте для различных величин А приведен на рисунке 4. Как видно, амплитуда гармонической составляющей зависит от величины А. С ростом А значение гармонической составляющей удвоенной частоты /2 также увеличивается. При смещении головки от стыка происходит уменьшение гармоники тока сварки. Если отклонение головки от линии соединения деталей превышает амплитуду колебаний электрода, то гармоническая составляющая сварочного тока на удвоенной частоте отсутствует.

Влияние амплитуды колебаний на гармоническую составляющую удвоенной частоты

Рис. 4. Влияние амплитуды колебаний электрода на характер изменения гармонической

составляющей удвоенной частоты В диссертации проведено исследование влияния несимметричности разделки кромок на характер изменения гармонических составляющих сварочного тока. Несимметричность разделки чаще всего проявляется при некачественной подготовке кромок, а также при отклонении головки от биссектральной плоскости стыка. Как показывают экспериментальные исследования, точность системы управления при этом резко падает, появляется значительная статическая ошибка, а при больших перекосах кромок полностью нарушается процесс управления. Вследствие этого важно определить влияние несимметричности разделки кромок на формирование гармоник сварочного тока. Несимметричность расположения кромок стыка оценивается величиной 5 = 0.5(р-а), которая изменялась в процессе моделирования в пределах от -45° до 45°. График зависимостей гармонической составляющей тока сварки от величины смещения х для различных значений 5 приведен на рисунке 5.

Влияние несимметричной разделки кромок на гармоническую составляющую

с*=45 -»-СИЗО <1=15 —<1=0

_о_ с1=-15 — сь=-30 -*- с*=-45

Рис. 5. Влияние несимметричности разделки кромок на характер Изменения гармонической составляющей Анализ полученных зависимостей показывает, что, при движении головки строго по стыку, сварочный ток не модулируется поперечными колебаниями только при 6=0. Во всех остальных случаях гармоническая составляющая на частоте колебаний электрода присутствует и приводит к появлению стати-

ческой ошибки в системе слежения по стыку при формировании сигнала рассогласования по гармоникам тока. Следует также отметить, что гармоническая составляющая на частоте колебания электрода /, равна нулю лишь при определенном значении *, с ростом 5 это значение увеличивается. В предельном случае, соответствующем 5 = ±45°, кривая не пересекает ось абсцисс, а лишь сливается с ней. Гармоническая составляющая при этом уменьшается до нуля, но не меняет фазу относительно колебаний электрода. Этим объясняется неустойчивый характер работы систем управления при значительных по величине перекосах свариваемых кромок.

На рисунке 6 изображены зависимости первой (1) и второй (2) гармонических составляющих сварочного тока от перекоса кромок при х = 0. Их анализ показывает, что значение /2 изменяется в небольших пределах, в то время как величина /, при отклонении 5 от нуля резко возрастает. Последнее сказывается на процессе управления, поскольку система, использующая гармоническую составляющую для формирования сигнала управления, будет отрабатывать это значение, и в результате головка сместится относительно линий соединения деталей, что приведет к появлению ошибки и некачественной сварке деталей. Поэтому при разработке систем управления несимметричность разделки кромок стыка необходимо учитывать.

Зависимость первой и второй гармонических составляющих от несимметричности разделки кромок

-45 -30 -15 3,&ад 15 30 45

Рис.б. Зависимость амплитуд первой и второй гармонических составляющих от несимметричности разделки кромок

В диссертационной работе проведены исследования зависимости амплитуды гармонической составляющей на удвоенной частоте колебаний электрода от ширины разделки кромок. График зависимости гармонической составляющей удвоенной частоты от ширины разделки кромок приведен на рисунке 7. Моделирование показало, что в этом случае гармоническая составляющая наиболее полно отражает величину а и, следовательно, может использоваться в системах управления при сварке стыков с переменной шириной разделки кромок.

Влияние ширины разделки кромок на гармоническую составляющую сварочного тока

Х.мм

Рис. 7. Влияние ширины разделки кромок на гармоническую составляющую удвоенной частоты

При этом, с целью равномерного заполнения шва металлом, необходимо регулировать амплитуду колебаний электрода в зависимости от параметров а и р. Тем самым можно достигнуть качественного сварного соединения при значительном снижении требований к предварительной обработке кромок деталей.

В диссертации проводятся исследования третьей гармонической составляющей относительно частоты колебаний электрода и показывается возможность ее использования в системах управления. Установлено, что при малых отклонениях головки амплитуда и фаза третьей гармоники несут информацию о положении стыка, как показано на рисунке 8.

1 200

2.000

Рис. 8. Зависимость составляющей третьей гармоники от х (при фазовом сдвиге равном я амплитуда показана в отрицательной области)

Учитывая, что график симметричен относительно X, эта гармоника используется как информативная в системе управления наряду с первой гармонической составляющей сварочного тока и напряжения.

Четвертая гармоническая составляющая сварочного тока имеет три характерных участка, как показано на рисунке 9. Эта составляющая при матых отклонениях от стыка имеет такой же вид, что и удвоенная гармоника, однако с увеличением отклонения в ту или иную сторону появляются два характерных участка с меньшими значениями амплитуд относительно центральной части.

3 000 ----------

2.700 ---—--у цт--;-----

2 400 ------f---v-----

2.100------4---К-----

1.800 --тис--4h--Л:--*r--

i eíё^ее§е|е

0.000 ( МММ ^^ . вММММ i ^

•2.000 >1.600 .1.200 -0 800 -0 400 -0.000 0.400 0.800 1.200 1 600 2 ооо

Рис. 9. Зависимость четвертой гармонической составляющей.

Эта гармоническая составляющая наряду со второй гармоникой является информативной в системах коррекции колебаний электрода.

Пятая гармоническая составляющая также несет информацию о положении стыка, как показано на рисунке 10.

• 1130 0.880 0590

о.зго

0 050,

•0 220 -0 490 •0.7s0 •1 030

•1.300 *

•2.000 -1600 -1.200 -0 800 -0.400 -0.000 0.400 0 800 1.200 1.800 2.000

Рис. 10. Зависимость составляющей пятой гармоники от положения сварочной головки (при фазовом сдвиге равном я амплитуда показана в отрицательной области)

Эта гармоническая составляющая наряду с первой и третьей гармониками является информативной в системах коррекции положения электрода и параметров технологического процесса

В диссертационной работе показывается возможность и границы использования этих составляющих в качестве информационных параметров.

В диссертационной работе проведены исследования влияния зазоров на характер изменения гармонических составляющих сварочного тока. Установлено, что при наличии зазоров вид гармонической составляющей существенно зависит от соотношения величины амплитуды колебаний электрода и величин ны зазора. На рисунке 11 показаны эти зависимости при сварке стыка со скосом кромок.

-А V

* У Р- ■ У г

1м ► -

ас:• мс; ма

;

кг; (И)1 кс:;

«с

*<:

! ^

\ )

1 1 тт

| 1 * » 1

1 1 {

; ! 1 ! 1 1

" | "" ! ' *

\ /

1 1 \ 1

им ям км <ш см км «1« ЯМ) 44М

»V. / !

1

/ /

\ 1 \

J 1 / 1

у

/ /

/ V *

Г т /

1 .

¿м 4М лт ш -'.ж т им 5» «э т «л»

а)

40» 4а 4Ш ¡2)1 -Ш С» ;№ Ш 4М КС )1Я

б)

С») (ж

имо Л ¡М

«ш

ш

Г.(О 4 Я 4Ж 2.4« ♦ (>) !Л0 4Ж («К 1«) 11 И»

в)

и.т т •и» •и» ■ям ■и» «т

1 -^- (

ЛУ J__г 1 1 ! \ f

I 1 1 ' ! 1 ^"¡а 1 Л/** !

¡:ж !<И И(( !4* ИМ ЧМ 21Ш ¡7М

Г)

Рис. 11. Графики зависимостей гармонической составляющей основной частоты от амплитуды колебаний, а)А~ 0,25н>, б) А- 0,5ю, в)А= г) А-4,Он> (при фазовом сдвиге равном п амплитуда показана в отрицательной области) Для проверки адекватности полученных моделей реальному процессу проводились исследования на экспериментальной сварочной установке. Сварка осуществлялась при следующих параметрах: скорость сварки Усв - Збм/ч; электродная проволока типа СВ08Г2С диаметром 1,2 мм; скорость подачи проволоки Упп = 0,05 м/с; средний ток сварки 270 А; напряжение холостого хода источника питания £/0 =28 В; длина вылета электрода 15 мм. Сварка велась в среде углекислого газа при расходе 5-7 л/мин. Амплитуда колебаний электрода изменялась в пределах 0,5 - 5 мм, частота находилась в диапазоне I-5 Гц. Производилась запись значений сварочного тока и напряжения совместно с колебаниями электрода для различных стыков при варьировании положений сварочной головки и параметров стыка. Для выделения гармонических составляющих сварочного тока была проведена статистическая обработка записанных значений. Проверка адекватности модели реальному процессу проводилась по соответствию частотных и фазовых характеристик модели и процесса. В диссертации показано, что расхождение между теоретическими результатами и экспериментальными данными не превышает 15 % , что является приемлемым. ,

В третьем разделе разрабатываются структуры систем управления формированием сварного соединения.

На основе предложенного в диссертации принципа получения информации по гармоническим составляющим сварочного тока и напряжения разрабо-

тана структура системы управления формированием сварного соединения, приведенная на рисунке 12.

Рис. 12. Структура системы управления формированием сварного соединения

Блок выделения гармонических составляющих предназначен для выделения постоянной составляющей Ао, амплитуд первых пяти гармонических составляющих Ах... А5 сварочного тока и напряжения, фазовых сдвигов этих составляющих ф1... <р5, а также амплитуды Ак гармонической составляющей на частоте о)к коротких замыканий при условии сварки в среде углекислого газа.

Блок формирования управляющих сигналов на основании выделенных значений амплитуд и фаз гармонических составляющих по разработанным в диссертации структурам и методам формирует управляющие воздействия.

Устройство управления корректирует текущие значения сварочного процесса по отношению к заданным, а именно х - положение электрода, А -амплитуду и со - частоту колебаний электрода, Усв - скорость сварки, У„.„ -скорость подачи проволоки, Ь - величину вылета электрода и его положение относительно параметров стыка а и р.

Эти сигналы непосредственно в процессе сварки корректируют параметры технологического процесса, воздействуя на сварочную дугу и источник питания. В результате система управления формирования сварного соединения производит коррекцию параметров сварки в зависимости от различных возмущений, а именно неравномерности разделки кромок, их несимметричности, наличия зазора, нарушения позиционирования относительно траектории движения электрода.

Исследования, проведенные в диссертации, показали, что независимо от вида стыковых соединений первая, третья и пятая гармонические составляющие отражают взаимное расположение сварочной головки и линии соединения свариваемых деталей. Наибольшую амплитуду из этих составляющих имеет первая гармоника, которую целесообразно использовать для формирования управляющих сигналов в контуре адаптации к стыку. Выделение гармонической составляющей на строго определенной частоте колебаний электрода позволяет значительно уменьшить влияние помех, вызываемых бросками тока и напряжения в сварочной цепи и обуславливаемых короткими замыканиями дугового промежутка. Кроме того, целесообразно выбирать такую частоту колебаний электрода, на которой данные броски проявляются слабо. Это оказывается возможным, так как частотный спектр сварочного тока является неравно-

мерным. Как показали исследования, выбор частоты колебаний электрода, на которой броски тока минимальны, является также приемлемым и с точки зрения технологических требований к процессу сварки.

На основании вышесказанного предложена структура системы управления по трем параметрам, представленная на рисунке 13.

va.,, —

КУ

УС

ПРУ„,

Va,.

---1 ку j---'

УС ► ПРУ,»

AV«f

Av.

УС

ПР.

Сварочная дуга

Стык

•J

ПФ,

сд

АЛЧ

гкэ

СФ

Рис. 13. Структура системы управления по Дх, A Vos и Д V„ п.

В данной структуре коррекция ведется по положению электрода Дх, скорости сварки AVCB и скорости подачи проволоки AVn.n-

Гармоническая составляющая выделяется полосовым фильтром ПФ1 и через синхронный детектор СД и усилитель УС подается на привод коррекции ПРх величины Дх. Генератор колебаний электрода ГКЭ выдает опорный сигнал для синхронного детектора и подстройки частоты ПФ1 через АПЧ.

Коррекция скорости сварки AVCB и скорости подачи проволоки AVnn проводится посредством соответствующих приводов ПРу„ и ПРуп „ по управляющим воздействиям, формируемым посредством выпрямителя В и корректирующих устройств КУ.

В результате в случаях несовпадения электрода с осью стыка скорость сварки уменьшается и участок, на котором электрод перемещается со смещением от стыка, сокращается.

Используемый в системе полосовой фильтр ПФ1 предназначен для выделения гармонической составляющей сварочного тока на частоте колебаний электрода, а также для подавления помех, вызываемых короткими замыканиями дугового промежутка и другими факторами, характерными для процесса сварки. Как известно, полосовой фильтр характеризуется полосой пропускания ¿\/ПФ, частотой fg и коэффициентом передачи в полосе пропускания. Частота fo полосового фильтра должна соответствовать частоте колебаний электрода /о - /к- На структурной схеме это показано в виде соответствующей связи между генератором и полосовым фильтром. Так при смене частоты пробных колебаний осуществляется перестройка полосового фильтра посредством уст-

ройства автоматической подстройки частоты АПЧ. Полосу пропускания фильтра А/ПФ необходимо выбирать таким образом, чтобы изменение частоты колебаний электрода в допустимых пределах А/„, не приводило к уменьшению амплитуды гармонического сигнала на выходе полосового фильтра. Это обеспечивается при соблюдении условия А/ПФ ^ АД. С другой стороны, полоса пропускания должна быть достаточно узкой для того, чтобы исключить влияние помех. Для подавления высших гармоник в выходном сигнале синхронного детектора СД используется сглаживающий фильтр СФ.

Теоретическое обоснование возможности использования гармонических составляющих на четных частотах относительно колебаний электрода следует из математического описания, приведенного во втором разделе диссертации. На основании проведенного анализа показано, что для тавровых и угловых стыков и стыков со скосом кромок увеличение параметров аир приводит к снижению амплитуды второй и четвертой гармонических составляющих сварочного тока. Следовательно, эти гармонические составляющие могут использоваться для формирования сигналов коррекции текущих значений амплитуды и частоты колебаний электрода. В результате достигается регулирование ширины шва в зависимости от разделки кромок.

Следует отметить, что приведенное соотношение справедливо лишь при движении сварочной головки строго по стыку (х=0). Отклонение головки приводит к снижению амплитуды гармонической составляющей сварочного тока на этих частотах.

В результате в диссертационной работе предложена структура системы управления, приведенная на рисунке 14.

V..

(ТУ

>

ПР..

—, .- КУЛ | ( КУ. Ц

1 t

псэ 1

ц 1

ПУ

Сварочная дуга

Т7Г

Стык

ПРУ.

УС.

'г» I

ПР,

1П

УСу.

СФ,

КУ

А

И

ч/У

4-

ПФ,

4

МУ,

Щ

СФ,

т

ПФ,

□

ПФ„.

ПФ,

¿Г-Н

ПФ,

I сд.

ПФ..

/>- —) МУ3 '

к

Рис. ,14. Структура системы управления по Л х,ДА, Д со, ДУ«, ДУ„

Данная система проводит коррекцию текущих значений положения электрода Дх, амплитуды колебаний Д А, частоты Д со, скорости сварки ДУСВ и скорости подачи проволоки ДУ„.П. В качестве информационных в этой системе используется пять гармонических составляющих сварочного тока относительно частоты колебаний электрода и гармоническая составляющая на частоте коротких замыканий дугового промежутка.

Первая, третья и пятая гармоники выделяются соответствующими полосовыми фильтрами и детектируются синхронными детекторами СД1, СД2, СДз, с учетом фаз относительно опорных сигналов с ГКЭ. На основании этих параметров формируются управляющие воздействия для коррекции положения электрода и скорости сварки.

Каналы управления амплитудой и частотой колебаний электрода используют для формирования сигнала управления вторую и четвертую гармонические составляющие сварочного тока. Эти гармонические составляющие выделяются с помощью полосовых фильтров, настроенных на соответствующие частоты относительно колебаний электрода. Затем полученные сигналы выпрямляется выпрямителями, на выходах которых формируются сигналы пропорциональные величине угла а. Полученные сигналы преобразуются и используются для коррекции амплитуды и частоты колебаний электрода в зависимости от разделки кромок.

Для коррекции величины ЛУП.П в данной структуре используется гармоническая составляющая на частоте коротких замыканий дугового промежутка, которая выпрямляется и подается на устройство сравнения с заданным значением.

В диссертации предложен ряд систем управления, обеспечивающих коррекцию вылета электрода, положения головки в биссектроальной плоскости стыка при сварке в среде углекислого газа и под флюсом, новизна и оригинальность которых подтверждается патентами РФ на изобретения.

В диссертации получено математическое описание систем управления формированием сварного соединения. Полученные системы нелинейных алгебраических и линейных дифференциальных уравнений позволяют наблюдать все переменные и проводить исследования динамических и статических характеристик.

В работе проведено исследование статических и динамических характеристик систем управления посредством компьютерного моделирования. Установлено, что при отсутствии колебаний электрода система становится неуправляемой и коррекция параметров не производится. Колебания с малой амплитудой обеспечивают работоспособность системы управления, однако переходные процессы оказываются затянутыми. С ростом амплитуды колебаний длительность переходных процессов уменьшается. Таким образом, для получения хороших динамических характеристик следует увеличивать амплитуду колебаний электрода в пределах технологических возможностей. Кроме того, в работе проводятся исследования влияния частоты колебаний, параметров кромок и их несимметричного расположения, коэффициента передачи разомкнутой системы на работ)7 системы управления. Установлены границы изменения

этих параметров в области работоспособности системы управления и их влияние на динамические и статические характеристики.

В работе отмечается, что основная трудность, возникающая при настройке системы управления, заключается в нахождении по требуемым параметрам переходного процесса коэффициента передачи разомкнутой системы по каналам управления. Наличие ряда нелинейных элементов не позволяет использовать известные методы синтеза без существенного упрощения математического описания данной системы. Путем многократного компьютерного моделирования с вариацией параметров систем управления получена номограмма, позволяющая определить по заданным параметрам переходного процесса а и ¡„п коэффициент передачи крс в зависимости от разделки кромок а при сварке тавровых и угловых стыков и стыков со скосом кромок. Для определения коэффициента передачи системы по номограмме в начале по заданному перерегулированию а и времени переходного процесса 1пп выбирается требуемая кривая, а затем для известного угла разделки кромок а находится числовое значение общего коэффициента передачи разомкнутой системы крс, по которому рассчитываются коэффициенты передачи отдельных звеньев системы управления.

В четвертом разделе предложен метод синтеза цифровой системы управления. При построении оптимального дискретного регулятора предполагалось, что вектор состояния Х(к) формируется по гармоническим составляющим сварочного тока и напряжения, а управление осуществляется приводами коррекции положения сварочной головки относительно стыка и по высоте и приводом коррекции амплитуды колебаний электрода. В этом случае математическую модель можно представить в виде Х(к+1) - А Х(к) + В и(к), ¥(к) = СХ(к), где А,В,С - матрицы.

Для восстановления координат состояния используем модель, имеющую такую же структуру, сформируем сигнал коррекции состояния ЛЛ"(А) путем введения обратной связи по сигналу ошибки между выходными координатами модели и объекта

Де(Ю = У(к)-У(к),

умноженному на матрицу Н. В момент времени, когда процесс сойдется, состояния модели будут повторять состояния объекта

Постоянная матрица обратной связи наблюдателя Н выбирается таким образом, чтобы вектор состояния модели Х(к) асимптотически сходился к Х(к) при к—>эо. Для этого необходимо, чтобы характеристическое уравнение замкнутой системы с учетом наблюдателя

бег [21-А + НС] = (2-20(2-22)... (2-2г,) = '/т + ут.}2 + ... + ¿* = О имело корни внутри единичной окружности |г,|<1, /=7,2,.,.,т. Это условие может быть выполнено при соответствующем выборе матрицы Н наблюдателя. Для определения этой матрицы была использована методика выбора матрицы регулятора состояния, с учетом замены А->АТ, В-+Ст, К->НТ

на основе минимизации квадратичного критерия качества

При построении оптимального цифрового регулятора для формирования закона управления вместо истинных переменных состояния объекта Х(к), были использованы переменные состояния, восстановленные с помощью наблюдателя:

и(к) = ~к-х(к).

Для отработки постоянных возмущений и нейтрализации статических ошибок вектор состояния системы дополняется с учетом моделей возмущений. Уравнение наблюдателя для такого вектора состояния имеет следующий вид:

Х'(к +1) = А' • Х{к) + В* ■ и (к) + Я*-[е(к)- С*Х*(*)]? где Х(к) - расширенный вектор состояния наблюдателя;

~в1 с* =[с 0].

А В 0 /

В* =

0

Уравнение регулятора, использующего наблюдатель, имеет вид:

и(к) о К'-х\к), где /:* = [к I].

При введении расширенного вектора состояния в наблюдателе появляется элемент, обладающий «интегрирующими свойствами», что приводит к отсутствию статических ошибок. Постоянная интегрирования равна соответствующему коэффициенту обратной связи наблюдателя. Значение этой постоянной определяется автоматически при синтезе наблюдателя и поэтому удовлетворяет требованиям, налагаемым данным методом синтеза регуляторов состояния.

При синтезе регуляторов для процессов электродуговой сварки приходится задавать весовые матрицы: матрицы () для переменных состояния и матрицы Я для управляющих переменных. Для синтеза наблюдателей также необходимо выбрать свободные параметры, которые опять же являются весовыми матрицами квадратичного критерия. Возможность выбора такого относительно большого числа свободных параметров позволяет достаточно полно учесть характеристики сварочного процесса, как объекта управления, и требования к качеству управления, а, с другой стороны, допускает определенный произвол при задании столь большого количества параметров. Поэтому в работе было уделено внимание вопросу настройки системы управления.

Для расчета параметров наблюдателя и регулятора применена методика, основанная на коррекции весовых матриц квадратичного критерия качества. На основе данной методики разработан комплекс программного обеспечения для синтеза и исследования динамики оптимальных регуляторов положения сварочной горелки для процесса электродуговой сварки.

При проектировании регуляторов состояния на основе квадратичного критерия качества вес каждой управляющей переменной можно задать независимо, так что матрица Я может быть представлена в диагональной форме. Для того, чтобы матрица Я была положительно определена, ее элементы г/ и г? должны быть положительными.

Веса отдельных переменных состояния задаются с помощью диагональной матрицы Q. Для того, чтобы диагональная матрица Q содержала весовые ненулевые элементы только для выходных переменных, в качестве которых

выступают горизонтальное смещение сварочной головки от стыка, амплитуда колебаний электрода, вертикальное отклонение сварочной головки, необходимо определять данную матрицу согласно следующему уравнению:

д = СТЬС.

Следовательно, для одноканальной подсистемы вертикальной коррекции выполняются следующие соотношения:

К = г, 0 = сст.

При синтезе наблюдателей с использованием квадратичного критерия качества весовые матрицы Ян и могут быть заданы по аналогии с методами синтеза регуляторов состояния.

На основе описанной выше методики создано программное обеспечение, с применением которого были получены оценки математической модели процесса электродуговой сварки с учетом исполнительных механизмов инерционного типа, а также фильтров, осуществляющих выделение гармонических составляющих сварочного тока.

В пятом разделе разрабатывается система управления формированием сварного соединения с регулированием подачи флюса.

При исследовании электродуговой сварки под флюсом было отмечено, что, наряду с другими факторами, важную роль при формировании качественного сварного соединения играет количество подаваемого флюса. Недостаточное количество флюса может привести к нарушению условий горения дуги, что, в свою очередь, приводит к получению некачественного шва. В связи с этим была разработана структура системы управления с регулированием подачи флюса, представленная на рисунке 15.

В данной структуре дополнительно введен канал регулирования количества подаваемого флюса. Работа канала основана на выделении с помощью фильтра высокочастотных составляющих напряжения, характеризующего сопротивление между токоподводом и изделием.

В диссертационной работе получено математическое описание разработанной системы и предложена методика оптимизации канала подачи флюса по быстродействию с учетом запаздывания в этом канале. Предложенный метод позволяет получить закон управления в аналитическом виде. При этом, хотя полученное уравнение не является строго оптимальным для системы ввиду преобразования у равнений математического описания, его решение, как показано в диссертации, обеспечивает существенное сокращение времени переходного процесса В диссертации получен закон управления в координатах состояния исходной системы в виде

( —1 г (

1-еТле 1-е Та>

ч 0 V /

РС *ХПР

Г -г Л 1-е'

/" -Г« Л

г™

1-е

о

+ + ^ /е^О - Г + | <£/«>,(/) + т,

1 гтр п ^ г;р

й>(/- Г + +

- г +

( ~ Л

+ Кк) 1 - е «(/ - г + +е - г + л>й)] |}

ГКЭ ФУ к,

у СФ,

'X

БВС СФ2

Зад2

ПРу Уу

3

С

УС,.

К, СФ32

Зад,

ПФ,

СФ,

Зад,

г

УС,.

Рис. 15. Структура системы управления с регулировкой объема подачи флюса

В шестом разделе разрабатывается система автоматического управления применительно к трубосварочной базе для электродуговой сварки плетей магистральных трубопроводов. Технологический процесс сварки плетей ма-

гистральных трубопроводов должен удовлетворять ряду достаточно жестких требований. Технология сварки различных труб должна обеспечивать равно-прочность основного металла и сварных соединений по ударной вязкости, определяемой при температуре наружного воздуха и показывающей стойкость против зарождения трещин. В диссертационной работе предложена система формирования сварного соединения с двумя сварочными головками. Наличие в автоматизируемом процессе возможности независимого управления сварочными головками позволяет создать двухконтурную систему управления движением основного сварочного электрода. Для повышения точности движения электрода вдоль линии стыка предлагается использовать не программное управление, а систему автоматического слежения. Структурная схема такой системы

Рис. 16. Структурная схема системы управления силовой головкой, ОР-1, ОР-2 - оптимальные регуляторы; СГ-1, СГ-2 - сварочные головки; БВС - блок выдачи сигнала о положении сварочного стыка; БВК - блок временной коррекции; ИПД-1, ИПД-2 - источники

питания дуг

Особенностью данной системы является то, что дополнительная сварочная головка, посредством которой формируется информация о положении стыка свариваемых деталей, находится на некотором временном расстоянии т2 от основной головки, что вносит в систему элемент упреждения, который

можно представить звеном с передаточной функцией Ж(р) = еХ2Р. При этом величина т2 определяется выражением

/

где / - расстояние между сварочными головками;

У^ - скорость сварки.

В зависимости от скорости сварки и расстояния между двумя сварочными головками, которое зависит от конструктивных особенностей конкретной установки для сварки плетей магистральных трубопроводов, а также от технологии сварочного процесса, величина т2 может существенно изменяться.

Вследствие этого при разработке автоматической системы управления с двумя сварочными головками следует учитывать следующие ситуации:

1) т, >т2, 2) х, <х2 и 3) х, =т2, где т, - запаздывание в канале выдачи сигнала о положении сварочного стыка, вносимое элементами системы управления дополнительной головкой.

В случае 1 в системе будет иметь место запаздывание в канале формирования сигнала о положении сварочного стыка. В случае 2 появляется упреждение этого сигнала В случае 3 запаздывание х2 полностью компенсируется величиной упреждения т,.

Наличие данных ситуаций приводит к необходимости введения в структуру системы блока временной коррекции, предназначенного для взаимной компенсации временных интервалов х, и х2.

Данный блок имеет передаточную функцию

Для случая 1, когда т, > х2

где х3 - х, — х2 - время запаздывания.

Для случая 2, (т, <х2)

Щр) = е*',

где ту = х, — г, - время упреждения. »

Для случая 3, (х, = т2) Щр) = 1.

С целью повышения качества сварного соединения в диссертации разработан метод оптимизации систем управления по критерию максимального быстродействия при отработке нарушения геометрии стыка свариваемых деталей. Известно, что качество и прочность сварных соединений в значительной мере снижают непроваренные участки стыка. Эти участки образуются в процессе сварки при различных отклонениях линии соединения деталей от траектории движения головки. Их протяженность 1н определяется временем переходного процесса („„ системы управления

I Н ~~ У св ? ля-

Сокращение длительности переходного процесса приводит к уменьшению длины непроваренных участков, а, следовательно, к повышению прочности сварного соединения. Значительно сократить время переходного процесса в системе управления можно путем ее оптимизации по критерию максимального быстродействия

А h

Оптимальное по быстродействию управление является релейным и в общем случае может быть записано в виде Vom=sign{Ft,(x)},

где х - координаты состояния системы; Fo(x) - функция переключения.

При этом задача синтеза системы управления заключается в определении такой функции переключения, которая обеспечивает минимум функционала при наличии ограничения на управление вида

р(01 *i/max.

Непосредственное применение известных методов оптимального быстродействия к синтезу систем управления связано со значительными трудностями. Во-первых, система содержит звенья, описываемые нелинейными уравнениями: стык и синхронный детектор. Во-вторых, системе присущи колебания электрода, вызывающие модуляцию сварочного тока, что приводит к сложному описанию отдельных звеньев. И, в-третьих, система описывается дифференциальным уравнением высокого порядка. В связи с этим был разработан метод синтеза квазиоптимальных по быстродействию регуляторов, основанный на предварительном упрощении математического описания и преобразовании координат вектора состояния заданной части системы управления. Упрощение математического описания базируется на некоторых характерных особенностях, присущих системе, а именно: возможности разделения звеньев, работающих на модулированном и не модулированном сигналах и значительном различии величин постоянных времени привода и остальных элементов. Анализ математического описания показал, что при отклонениях сварочной головки от стыка в пределах амплитуды колебаний электрода гармоническая составляющая сварочного тока основной частоты практически линейно зависит от величины смещения головки относительно стыка. Таким образом, стык играет роль модулятора сварочного тока. При этом полезным сигналом, используемым для формирования управляющего воздействия, является огибающая гармонической составляющей тока сварки. Выделение последней производится полосовым фильтром и синхронным детектором. Следовательно, работу звеньев в канале смещение головки - выход синхронного детектора при малых отклонениях можно рассматривать по огибающей гармонического сигнала. Эти обстоятельства позволили представить математическое описание разомкнутой системы в матричном виде Utfl)=AUc ¿,) + BUyc{t-r),

где: Uc ¿0 =

Далее рассмотрим движение системы в момент времени t+ т. При этом можно записать

Ue + г) - А Uc р + г) + BUyc(J - т + г).

Введем упрежденный на время т вектор H(t)

А =

О —

В =

H{f) = uc ¿/ + г),

где: Нт(t)-{h j (t),h 2(0}-

Тогда получим математическое описание системы управления без запаздывающих аргументов

H(i) = AH(i) + BUyc(f).

Вектор H(t) находится исходя из того, что его компоненты являются откликом системы на входное воздействие, определяемое некоторой функцией co(t-t,s), где 0^S< г. При этом, принимая за начальные условия величины V c,pi и f/ сф2 в момент времени /, можно записать

HQ) = U<lt + T) = eArUc /0 + ]ел^в ю(/ - т +S)dS.

о

Функция mft-z+s) характеризует динамическое состояние звена запаздывания.

Для системы оптимальный по быстродействию закон управления имеет

вид

Для упрощения реализации закона управления в диссертации предложен метод преобразования координат состояния заданной части системы, позволяющий получить достаточно простые в реализации законы управления.

Для преобразования координат вектора состояния H(t) системы в данном случае используется матрица

1 О"

т =

-|(Л,+Л2) 1

где: Л/ и Л2- корни характеристического уравнения,

Л, =0; Л2~-1/Тпф В результате новый вектор состояния запишется в виде У(0=ТН$).

Далее представим уравнение в координатах У (О, для чего умножим каждый его член на матрицу Т слева, учитывая, при этом, что Т'1 Т—1

Г//(О - ТА Г ~*ТН (г) + ТВ иус (О

или

У(О=АтУ(0 + Вгиус(О, где: Ат=ТАТ'\ Вт=ТВ.

Для полученной системы закон оптимального по быстродействию управления будет иметь вид

У.» Ю = «г>(0

где: У10) и У2 (0 - компоненты вектора У(0,Ут (0={У 1 ,(0,У 2(0}.

Таким образом, предложенная методика позволяет получить в аналитическом виде закон управления. При этом, хотя полученное управление не является строго оптимальным ввиду приведенных выше упрощений математического описания, его применение обеспечивает существенное уменьшение времени переходного процесса

В седьмом разделе предложена техническая реализация и внедрение систем автоматического управления формированием сварного соединения.

Современным направлением при разработке электронных устройств автоматики является использование функционально законченных блоков, реализующих систему в целом. Такой подход при конструировании системы позволяет производить настройку блоков независимо друг от друга, в результате чего упрощается процесс отладки всей системы, а также повышается ее ремонтопригодность. В связи с этим была разработана блочная схема системы управления положением сварочной головки. Все блоки системы конструктивно выполнены на отдельных печатных платах. Системы управления реализованы на средствах аналоговой микросхемотехники и на однокристальных микроЭВМ.

Реализация систем управления на однокристальных микроЭВМ. Микропроцессорная система управления содержит микроЭВМ, четыре аналоговых входа и выхода, восемь дискретных входов и выходов, клавиатуру, состоящую из шести управляющих клавиш и четырехразрядный восьмисегментный индикатор. Подготовка и отладка программ для однокристальной микроЭВМ производится на персональном компьютере в режиме эмуляции с использованием специальных модулей. Микропроцессорная система управления подключается к шунту в сварочной цепи через оптронную развязку и предварительный усилитель. Управление приводами производится в режиме широтно-импульсной модуляции через мощные транзисторные ключи.

Реализация систем управления на PIC контроллерах. Применение PIC контроллеров позволяет значительно упростить реализацию систем управления положением сварочной головки. Проведенный анализ показал, что наиболее целесообразно использовать микросхему типа P1C18000. Эта микроЭВМ имеет высокопроизводительный процессор, все команды которого выполняются всего за два машинных цикла. Ввод информации со сварочного оборудования производится через модули оптронной развязки и предварительные усилители посредством встроенных аналого-цифровых преобразователей. Для выдачи управляющих воздействий на привода сварочной установки система имеет четыре дополнительных цифроаналоговых преобразователя. В системе управления предусмотрена возможность обмена информацией с ЭВМ верхнего уровня по последовательному интерфейсу.

Разработка программного обеспечения в системе языка Borland Pascal 7.0. Для сбора и отображения в реальном времени информации об изменениях технологических параметров процесса электродуговой сварки под флюсом было разработано специальное программное обеспечение. Программное обеспечение написано на языке Borland Pascal 7.0. Особенностью программного обеспечения является возможность его использования как в среде Windows, так и в среде MS-DOS 5.0-6.0.

Разработанные в диссертационной работе способы и системы управления прошли испытания в ОАО «Алексинский завод тяжелой промышленной арматуры» на установках для сварки шаровых кранов для газопроводов боль-

шого диаметра. Пример экспериментальной установки приведен на рисунке

17.

Рис. 17. Экспериментальная установка и образец системы для проверки адекватности моде-

ли сварочному процессу Система управления монтировалась непосредственно на установку, подключалась к шунту в сварочной цепи, сварочном>- трансформатору, колебате-лю электрода и приводам перемещения головки в трех плоскостях. В результате сварщик был освобожден от непосредственного управления процессом, его функции изменились, и он смог обеспечить управление тремя установками одновременно. Пример блока системы управления приведен на рисунке 18.

ПРпп =СЭ

ипд

по

ХУ

ВЕ^пия

О РОПОО

Контролтр

Г_1

1ВМРС (процессор а мо «мевохЮ)

Информационно-измерительная система на базе песонапьного компьютера

Рис. 18. Схема проверки адекватности модели сварочному процессу

Разработанные в диссертационной работе способы и системы управления нашли применение в сварочных установках, роботах и манипуляторах на различных предприятиях Москвы, Санкт-Петербурга и Тульской области. Испытания систем управления положением двух взаимосвязанных сварочных головок проводились на трубосварочной базе ОАО «Центргаз» в п. Первомайском Щекинского района Тульской области.

В процессе испытаний на сварочной установке трубосварочной базы монтировалась дополнительная головка с колебателем электрода При отра-

ботке системой управления начального отклонения электрода от линии соединения деталей, траектория шва перемещаюсь от начального положения к линии стыка и через промежуток времени, равный длительности переходного процесса, совмещалась с ним. При этом наблюдается незначительный переход на противоположную кромку стыка что определяется перерегулированием в системе управления. Длина непроверенного участка в данном случае не превышает двух сантиметров, что соответствует продолжительности переходного процесса в системе не более 2 секунд. Это хорошо согласуется с результатами цифрового моделирования системы управления. Испытания также показали, что, с увеличением коэффициента передачи разомкнутой системы, переходный процесс становится более колебательным. В процессе испытаний установлено, что, хотя система и обладает астатизмом, в установившемся режиме имеется ошибка слежения по стыку, обуславливаемая зоной нечувствительности привода коррекции положения сварочной головки. Однако на практике ее величина не превышает ±0,3 мм. Такая точность слежения удовлетворяет заданным требованиям к качеству соединения деталей, что подтверждается исследованием микрошлифа сварочного шва. Анализ последнего показывает, что при такой точности совмещения головки с линией стыка шов располагается симметрично относительно свариваемых кромок, чем достигается высокая прочность сварного соединения.

Кроме того, проводилось исследование влияния зазоров и прихваток на работу системы управления. Установлено, что наличие зазора, не превышающего 30 % амплитуды колебаний электрода, не приводит к снижению точности слежения по стыку. Однако при отработке начального отклонения наблюдается разрыв шва при переходе электрода с одной свариваемой кромки на другую. Время переходного процесса в этом случае несколько увеличивается. Анализ результатов испытаний показал, что зазоры, превышающие 2,5 мм, приводят к обрывам дуги и нарушению формирования шва. Кроме того, было установлено, что прихватки не оказывают существенного влияния на работу системы управления. При этом происходит лишь местное расширение шва и незначительное отклонение головки, которое отрабатывается сразу же после прохождения прихватки. Пример сварного соединения приведен на рисунке 18.

Рис. 18. Пример отработки начального отклонения от свариваемого стыка

Кроме того, проводились испытания при сварке под слоем флюса. Система управления положением сварочной головки в этом случае также обеспечивает наведение электрода на линию соединения деталей. При этом ошибка

слежения не превышает 0,4 мм, что является допу стимым с точки зрения формирования качественного шва. Возможность использования данной системы управления в технологических процессах сварки под слоем флюса представляет большой практический интерес, так как в этом случае дуга и стык скрыты слоем флюса, и визуальный контроль за положением электрода в процессе сварки отсутствует.

Разработанные системы управления технологическим процессом электродуговой сварки внедрены на следующих предприятиях: ОАО «Центргаз», ОАО «Мострансгаз», НЗКМ, ОАО «Тяжпромарматура», ОАО «Тульский машиностроительный завод», ОАО «Тульский комбайновый завод», ГНТПП «Сплав», ОАО «Туларегионгаз», ОАО «Завод «Штамп», ОАО «Тульский патронный завод».

В заключении сформулированы основные теоретические и практические результаты диссертационной работы.

В приложении приведены алгоритмы моделирования сварочных процессов и программы анализа гармонического состава сварочного тока и напряжения, программы моделирования систем управления, написанные с помощью средств быстрой разработки приложений, акты испытаний систем управления и акты внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена научная проблема, имеющая важное народно-хозяйственное значение и заключающаяся в создании высокопроизводительных и надежных систем автоматического управления процессом формирования сварного соединения, позволяющих, в конечном счете, повысить качество и прочность сварного соединения, увеличить производительность сварочного оборудования, обеспечить экономию сварочных материалов, а также удалить сварщика из зоны действия вредных для здоровья человека газов и коренным образом изменить характер его труда. Полученные в работе результаты позволяют существенно расширить область промышленного применения автоматических систем управления, в значительной степени устранить существующие противоречия между всё возрастающими требованиями к качеству процесса сварки и технической реализуемостью управляющих устройств рассматриваемого класса

Выполненные в диссертационной работе исследования по поставленной проблеме привели к следующей совокупности основных научных и практических результатов.

1. Предложен принцип управления формированием сварного соединения с использованием сварочного тока и напряжения в качестве информационных параметров, характеризующих процесс формирования сварного соединения в реальном масштабе времени. *

2. Разработана обобщенная структурная схема систем управления. Получено математическое описание процесса электродуговой сварки для целей управления. Математическая модель позволяет проводить исследования зави-

симостей кривых сварочного тока и напряжения при различных параметрах сварки ряда стыков.

3. Проведен анализ бросков сварочного тока и напряжения при сварке с крупнокапельным переносом металла электрода и построена статистическая модель процесса каллепереноса.

4. Выполнен анализ кривых сварочного тока и напряжения при сварке с крупнокапельным переносом металла электрода. Для обеспечения высокой помехозащищенности предложено разделять в частотной области технологические возмущения, вызываемые короткими замыканиями дугового промежутка и колебания электрода.

5. Установлены основные закономерности влияния параметров колебаний электрода для различных типов стыков свариваемых деталей на характер изменения сварочного тока. Установлен вид зависимости гармонической составляющей от взаимного расположения электрода и стыка свариваемых деталей. Показан экстремальный характер зависимости гармоник удвоенной частоты от ширины кромок.

6. Разработаны оригинальные структуры систем управления формированием сварного соединения. Предложена структура двухканальной системы управления с контуром адаптации.

7. Выявлены основные технологические факторы, фигу рирующие в качестве возмущающих воздействий в исследуемом процессе. Выработаны требования к элементам систем управления, предложены формы их реализации и математическое описание в виде систем дифференциальных и алгебраических уравнений. Проведено исследование предложенных систем управления, определены динамические свойства и оценено влияние параметров элементов систем управления на вид переходных процессов.

8. Разработан критерий оценки выбора информационного параметра для формирования сварного соединения для различных условий сварки и свойств источника питания электрической дуги.

9. Предложен идентификационный подход к построению многомерных систем управления сварочной головкой доказана возможность развязки канала вертикальной коррекции сварочного электрода относительно свариваемых деталей от каналов горизонтального слежения за стыком и канала адаптации к разделке кромок. На основе предложенного подхода разработана структурная схема и алгоритм работы оптимальной цифровой системы управления сварочной головкой.

10. Предложена методика выбора коэффициентов штрафа в квадратичном критерии качества, позволяющая получить заданные динамические характеристики системы управления. Разработана методика синтеза цифровой системы управления с идентификацией параметров процесса электродуговой сварки.

11. Предложена оригинальная структура системы управления формированием сварного соединения с регулированием подачи флюса Показано, что важным параметром, характеризующим качество работы системы управления, является длительность переходных процессов в канале подачи флюса. Разра-

ботана методика синтеза оптимальных по быстродействию систем управления сварочной головкой, основанная на преобразовании координат состояния заданной части системы управления. Увеличение быстродействия системы приводит к сокращению длины участков стыка с нарушениями процесса формирования соединения и повышению прочности сварного шва.

12. Проведен анализ особенностей технологического процесса сварки магистральных трубопроводов и выработаны основные требования к системе автоматического управления. Предложена двухконтурная система управления процессом сварки магистральных трубопроводов, в которой маломощная головка используется в качестве датчика информации, на основе которой формулируется управляющее воздействие на силовую сварочну ю головку.

13. Показано, что расположение маломощной головки, посредством которой формируется информация о положении сварочного шва на некотором расстоянии от основной, вносит в систему элемент упреждения, В зависимости от скорости сварки и расстояния между электродами, величина этого упреждения будет существенно меняться, что должно учитываться при проектировании системы управления силовой головкой. Показано, что расчет контуров предложенной системы управления силовой головкой можно провести независимо друг от друга на основе предложенной методики.

14. Разработана схема реализации системы управления на основе модульного принципа и соответствующее программное обеспечение. Разработаны принципиальные схемы блоков системы управления и приведены рекомендации по расчету отдельных элементов. Выработаны требования к программному обеспечению системы управления положением сварочных головок. Алгоритмы идентификации и управления процессом электродуговой сварки реализованы в виде программных модулей. Модули применяются как FBD-блоки редактора базы каналов в среде SCADA системы «Trace Mode».

15. Проведено испытание систем управления на сварочной установке трубосварочной базы БНС-81. Показано, что ошибка слежения в процессе работы систем не превышает ± 0,3 мм, длительность переходного процесса составляет 2 с, что согласуется с теоретическими данными. Установлено, что зазор, не превышающий 30% амплитуды колебаний, и прихватки, не оказывают значительного влияния на работу систем. Проведено испытание систем управления на установке для сварки полусфер шаровых кранов.

16. Результаты испытаний и внедрения разработанных систем управления подтвердили основные выводы, сделанные на различных этапах ее разработки и исследования.

17. Разработанные системы управления технологическим процессом электродуговой сварки внедрены на следующих предприятиях: ОАО «Центр-газ», ОАО «Мострансгаз», НЗКМ, ОАО «Тяжпромарматура», ОАО «Тульский машиностроительный завод», ОАО «Тульский комбайновый завод», ГНТПП «Сплав», ОАО «Туларегионгаз», ОАО «Завод «Штамп», ОАО «Тульский патронный завод». Разработанные методы и программное обеспечение использованы в курсах «Локальные системы управления» и «Применение управляющих вычислительных машин».

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

1. Соколовский Р.В. Принцип построения двухконтурных систем управления движением сварочного электрода / B.C. Карпов, Р.В. Соколовский, В.М. Панарин, Д.С. Помелов // Известия Тульского государственного университета. Серия: Вычислительная техника. Автоматика. Управление. Т.1. Вып. 2: Автоматика. - Тула, ТулГУ, 1998. - С. 17-23.

2. Соколовский Р.В. Использование гармонических составляющих сварочного тока в системах слежения по стыку / В.М. Панарин, Р.В. Соколовский, В.М. Мазуров // Компьютерные технологии в соединениях материалов: Тез.докл. 2-й Всерос. научн.-техн. конф. -Тула: ТулГУ, 1998. - С.82-84.

3. Sokolovsky R.V., Pomelov D.S., Karpov V.S. The method of designing of highspeed regulators for two channel control systems of welding electrode tracking // The 6th International conference on Automatic control. Saint-Petersburg State Institute of Fine Mechanics and Optics. -Saint-Petersburg. 1998. P. 151-155.

4. Соколовский Р.В. Компьютерное моделирование сварочных процессов с целью построения систем управления / B.C. Карпов, В.М. Панарин, Р.В. Соколовский // Компьютерные технологии в науке и производстве: Тез.докл. 1-й Всерос. научн.-техн. конф. Ч.З. Нижний Новгород. НГТУ, 1999. - С.29-31.

5. Соколовский Р.В. Реализация систем управления положением сварочной головки на средствах микроэлектроники. //Системы автоматического управления положением сварочной головки: Тула: ТулГУ, 1999. - С. 107111.

6. Соколовский Р.В. Компьютерное моделирование быстродействующих систем управления процессом сварки / В.М. Панарин, Р.В. Соколовский. // Тез. докл. I Всерос. науч.-техн. конф. В 19 частях. Ч. 4. -Нижний Новгород: НГТУ. - 1999. - С. 20.

7. Соколовский Р.В. Нахождение образа сварочного стыка по гармоническому составу сварочного тока и напряжения / B.C. Карпов, Р.В. Соколовский, В.М. Панарин, Д.С. Помелов // The international scientific youth conference. - Тезисы докладов. - Москва: ЛАТМЭС, 1999. - С.312.

8. Соколовский Р.В. Информационно-управляющие системы для процесса сварки магистральных трубопроводов / Р.В. Соколовский, B.C. Карпов,

B.М. Панарин, Д.С. Помелов // Газовое хозяйство России, № 3. 2000. -

C.28-35.

9. Соколовский Р.В. Способ увеличения быстродействия в автоматических системах наведения головки сварочного робота на стык / B.C. Карпов, Р.В. Соколовский, В.М. Панарин, Д. С. Помелов // Управление и информатика. Труды кафедры автоматики и телемеханики. Тула: ТулГУ, 2000. - С.75-84.

10. Соколовский Р.В. Задачи измерения и автоматического поддержания параметров сварного соединения / В.М. Панарин, Р.В. Соколовский, С.М. Го-ловнев, Д.С. Помелов // Методы и средства измерения физических величин. Тез.докл. 5-й Всерос. научн.-техн. конф. Нижний Новгород: НГТУ, апрель 2000, - С. 20.

11. Пат. 2147270 РФ, МПК В 23 К 9/10. Устройство автоматического управления положением сварочной головки. / Панарин В.М., Помелов Д.С., Карпов B.C., Соколовский Р.В.; заявитель и патентообладатель Тульский государственный университет. -№ 99115429; заявл. 13.07.99; опубл. 10.04.2000, Бюл. № 10.

12. Пат. 2152857 РФ, МПК В 23 К 9/10. Устройство автоматического управления положением сварочной головки. / Карпов B.C., Панарин В.М., Помелов Д.С., Сафиуллин А.Н., Соколовский Р.В.; заявитель и патентообладатель Тульский государственный университет. -№ 2000100297/02; заявл. 06.01.2000; опубл. 20.07.2000, Бюл. № 20.

13. Соколовский Р.В. Информационная модель системы измерения геометрических параметров сварочного стыка / Р.В. Соколовский, Д.С. Помелов, С.М. Головнев, В.М. Панарин // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений» В 3 частях. Часть 3. - Нижний Новгород: НГУ, 2000 г. - С. 7.

14. Соколовский Р.В. Информационно-измерительная система геометрических параметров сварочного стыка / Р.В. Соколовский, Д.С. Помелов, С.М. Головнев, В.М. Панарин // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений». В 3 частях. Часть 3. - Нижний Новгород: НГУ, 2000 г. - С. 8-9.

у 15. Соколовский Р.В. Структуры систем автоматизации процесса формирования шва при электродуговой сварке / В.М. Панарин, С.М. Головнев, Д.С. Помелов // Известия Тульского государственного университета. Серия «Вычислительная техника. Автоматика. Управление». Выпуск «Информационные системы», Тула, ТулГУ, 2000. - С. 179-184.

16. Соколовский Р.В. Способ увеличения быстродействия в автоматических системах наведения головки сварочного робота на стык / В.М. Панарин, B.C. Карпов, Д.С. Помелов, Р.В. Соколовский // Управление и информатика. - М: ИСПО-Сервис». - 2000. - С. 288-297.

\/17. Соколовский Р.В. Исследование гармонического состава сварочного тока для различных стыков / В.М. Панарин, B.C. Карпов, Д.С. Помелов, Р.В. Соколовский // Свароч. пр-во. - 2000. - N8. - С.5-10.

18. Соколовский Р.В. Промышленные регуляторы и микропроцессорное контроллеры / Р.В. Соколовский [и др.] - Тула: ТулГУ, 2000. - 164 с.

19. Соколовский Р.В. Подсистемы измерения и управления геометрическими параметрами сварного соединения / В.М. Панарин, С.М. Головнев, Д.С. Помелов, Р.В. Соколовский, B.C. Карпов // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений». В 3 частях. Часть 3. - Нижний Новгород: Верхне-Волжское отделение Академии технологических наук Российской Федерации, НГУ, 2001. - С. 22.

20. Соколовский Р.В. Нахождение геометрических параметров сварочного стыка по гармоническому составу сварочного тока и напряжения / В.М. Панарин, Д.С. Помелов, Р.В. Соколовский, С.М. Головнев, B.C. Карпов // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений». В 3 частях. Часть 3. - Нижний Новгород: Верх-

не-Волжское отделение Академии технологических наук Российской Федерации, НГУ, 2001.- С. 7.

21. Соколовский Р.В. Математическое моделирование процесса каплепереноса при сварке колеблющейся дугой в углекислом газе / В.М. Панарин, Д С. Помелов, Р.В. Соколовский, С.М. Головнев // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений». В 3 частях. Часть 3. - Нижний Новгород: Верхне-Волжское отделение Академии технологических наук Российской Федерации, НГУ, 2001.- С. 11.

22. Соколовский Р.В. Моделирование процесса каплепереноса металла электрода при электродуговой сварке / В.М. Панарин, Р.В. Соколовский, Фам Ван Нгуен // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений». В 3 частях. Часть 3. - Нижний Новгород: Верхне-Волжское отделение Академии технологических наук Российской Федерации, НГУ, 2001,- С, 2.

23. Соколовский Р.В. Структуры управления сварочным электродом использующие гармонические составляющие / В.М. Панарин, Н И. Воронцов, Р.В. Соколовский // Материалы 1-ой Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики», Т.2., Тула: ТулГУ, 2003. - С. 172-174.

24. Соколовский Р.В. Метод определения отклонения от заданных параметров сварочной горелки относительно стыка на основе многоточечного анализа мгновенных значений сварочного тока / В.М.Панарин, Н.В.Воронцова, Р.В. Соколовский // Тезисы докладов 4-й Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов», -Тула: ТулГУ, 2003. - С. 119-120.

25. Соколовский Р.В. Микропроцессорная система контроля параметров сварочного процесса / В.М. Панарин, Э.В. Рощупкин, Р.В. Соколовский, B.C. Лари // Тезисы докладов 4-й Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов», - Тула: ТулГУ, 2003.-С. 121-122.

26. Соколовский Р.В. Микропроцессорные контроллеры АСР с расширенными функциональными возможностями / Соколовский Р.В., Говоров A.A., Су-хинин Б.В. - Тула: ТулГУ, 2003. - 172 с.

27. Соколовский Р.В. Использование сварочной дуги в качестве чувствительного элемента при автоматизации процессов электродуговой сварки / -Тула, ТулГУ, 2003. - 184 с.

28. Пат. 2241583 РФ, МПК В 23 К 9/10. Устройство автоматического управления положением сварочной головки / Соколовский Р.В., Корниенко М.А., Панарин В.М., Рощупкин Э.В., Помелов Д.С., Воронцова Н.В. -№2003130710; заявл. 20.10.2003; опубл. 10.12.2004, Бюл. №34.

29. Соколовский Р.В. Автоматические системы и регуляторы с расширенными функциональными возможностями для непрерывных технологических процессов. В 2-х т. Т.1. Синтез алгоритмов и функциональных структу р-

ных схем / P.B. Соколовский, A.C. Клюев, A.A. Говоров и др. - М.: «Испо-Сервис», 2004. - 264 с.

30. Соколовский Р.В. Автоматические системы и регуляторы с расширенными функциональными возможностями для непрерывных технологических процессов. В 2-х т. Т. 2. Техническая реализация регуляторов и автоматических систем / Р.В. Соколовский, A.C. Клюев, A.A. Говоров и др. / М.: «Испо-Сервис», 2004. - 128 с.

31. Соколовский Р.В. Моделирование параметров дуговой сварки стыковых , соединений без разделки кромок по задаваемым геометрическим параметрам швов / В.М. Панарин, Р.В. Соколовский, М.А. Корниенко, Э.В. Ро- % щупкин // Известия ТулГУ, серия «Экология и рациональное природопользование». - Выпуск 2. - 2004. - С. 122-129.

32. Соколовский Р.В. Малоканальные микропроцессорные контроллеры в автоматических системах регулирования: учеб. пособие / Р.В. Соколовский, A.A. Говоров, В.М. Панарин. - Тула, ТулГУ, 2005. - 170 с.

33. Соколовский Р.В. Улучшение условий труда в сварочном производстве за счет автоматизации процесса сварки / В.М. Панарин, Р.В.Соколовский, М.А. Корниенко // I Всероссийская научно-техническая Интернет-конференция «Современные проблемы экологии и безопасности». Т. IV. Тула, ТулГУ, 2005. - С. 3-5.

34. Соколовский Р.В. Методы управления формированием сварного соединения в процессах электродуговой сварки / Панарин В.М, Соколовский Р.В., Корниенко М.А. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. - 136 с.

35. Пат. 2250811 РФ, МПК В 23 К 9/10. Устройство управления сварочным током при многопроходной сварке / Соколовский Р.В., Панарин В.М., Воронцов НИ., Воронцова Н.В., Рощупкин Э.В., Корниенко М.А.-№2003135709; заявл. 08.12.2003; опубл. 27.04.2005, Бюл. № 12.

36. Пат. 2251474 РФ, МПК В 23 К 9/10. Устройство автоматического управления положением сварочной головки /Соколовский Р.В., Корниенко М.А., Панарин В.М., Рощупкин Э.В., Воронцов Н.И. - №2003132631; заявл. 06.11.2003; опубл. 10.05.2005, Бюл. № 13.

37. Пат. 2255846 РФ, МПК В 23 К 9/10. Устройство автоматической коррекции движения сварочной горелки / Соколовский Р.В., Панарин В.М., Воронцов Н И., Воронцова Н.В., Рощупкин Э.В., Корниенко М.А.- №2003136300; заявл. 15.12.2003; опубл. 10.07.2005, Бюл. №19.

Ичд. лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 11.11J2005.

Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная.

Усл-печ.л. 22 Уч.-изд.л. 2,0 Тираж 100 экз. Заказ № 79 Тульский государственный университет.

300600, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в редакционно-издательском центре Тульского государственного университета.

300600, г. Тула, ул. Болдина, 151.

Содержание

Введение

Глава 1. Современное состояние теории и практики управления 12 формированием сварного соединения, постановка задачи исследования

1.1. Системы автоматического формирования сварного соединения

1.2. Классификация способов получения информационных сигналов и 35 систем автоматического управления процессом сварки

1.3. Теория и модели процесса электродуговой сварки

1.4. Особенности автоматической дуговой сварки в СОг плавящимся 49 электродом

1.5. Цели и проблемы исследования

Глава 2. Теоретическое обоснование принципа получения информации 54 о формировании сварного соединения и математическое описание процесса электродуговой сварки

2.1. Принцип получения информации о формировании сварного соединения

2.2. Математическое обоснование принципа получения информации о 57 формировании сварного соединения

2.2.1. Математическая модель сварочной дуги

2.2.2. Математическое представление стыков свариваемых деталей

2.2.3. Математическое описание процесса электродуговой сварки как 68 объекта управления

2.2.4. Статистический анализ возмущений

2.3. Методы оценки параметров соединения на основе регрессионного 89 анализа гармонических составляющих сварочного тока и напряжения

2.3.1. Построение регрессионной зависимости по гармоническому составу 92 сварочного тока при сварке таврового соединения

2.3.2. Построение регрессионной зависимости по гармоническому составу 103 сварочного тока при сварке углового соединения

2.3.3. Построение регрессионной зависимости по гармоническому составу 106 сварочного тока при сварке стыкового соединения со скосом кромок

2.3.4. Построение регрессионной зависимости по гармоническому составу 112 сварочного тока при сварке стыкового соединения без скоса кромок

2.4. Исследование кривых сварочного тока при различных параметрах 117 технологического процесса электродуговой сварки

Выводы

Глава 3. Структуры систем управления формированием сварного 127 соединения

3.1. Структура обобщенной системы управления

3.2. Контур слежения за стыком системы управления

3.3. Основные требования к звеньям системы автоматического управления

3.4. Структура контура адаптации к разделке кромок

3.5. Структура контура стабилизации длины дуги

3.6. Трехканальная система управления

3.7. Основные требования и математическое описание звеньев системы 145 управления

3.8. Исследование характеристик систем управления

3.9. Исследование трехканальной системы управления

3.10. Методика выбора тока, напряжения и параметров колебания электрода 171 с целью формирования помехоустойчивого сигнала

Выводы

Глава 4. Синтез цифровой системы управления с идентификацией 178 параметров процесса электродуговой сварки

4.1. Идентификационный подход к построению цифровых оптимальных 178 систем управления сварочными процессами

4.2. Проектирование оптимального цифрового регулятора системы управ- 197 ления

4.3. Расчет оптимального многомерного цифрового регулятора с блоком 214 наблюдения

4.4. Анализ динамики и разработка рекомендаций по применению 218 оптимальных цифровых регуляторов системы управления формированием сварного соединения

Выводы

Глава 5. Система управления формированием сварного соединения с 234 регулированием подачи флюса

5.1. Структура системы управления

5.2. Оптимизация системы управления формированием сварного соедине- 234 ния

5.3. Практическая реализация оптимальных законов управления 245 Выводы

Глава 6. Разработка систем автоматического управления для 256 электродуговой сварки магистральных трубопроводов

6.1 Особенности технологии процесса сварки магистральных трубопрово- 256 дов

6.2. Разработка структуры системы управления

6.3. Обоснование критерия оптимальности в системах управления процес- 268 сом сварки магистральных трубопроводов

6.4. Синтез оптимального алгоритма управления силовой сварочной 271 головкой

Выводы

Глава 7. Техническая реализация и внедрение систем автоматического 278 управления формированием сварного соединения

7.1. Реализация систем управления на трубосварочной базе БНС-81 для 278 сварки плетей магистральных трубопроводов

7.2. Разработка основных блоков систем управления процессом электро- 284 дуговой сварки

7.3. Реализация программного обеспечения в системе автоматизированного 291 проектирования SCADA

7.4. Техническая реализация систем управления пространственным поло- 302 жением сварочной горелки

7.5. Результаты испытаний систем управления на сварочной установке 310 трубосварочной базы БНС

7.6. Результаты испытаний систем автоматического управления на 312 установках для сварки полусфер корпусов шаровых кранов

Выводы

Актуальность проблемы. Технологический процесс электродуговой сварки широко применяется при изготовлении узлов и деталей в машиностроительной, нефтяной, газовой и многих других отраслях промышленности. Сварные соединения обеспечивают высокую прочность, герметичность и долговечность при относительно простом способе их выполнения. В тоже время, свыше 70 % электросварочных работ производится вручную. Сварщик работает в условиях сильной загазованности, подвергается вредному воздействию излучения дуги. Тяжелые условия труда приводят к тому, что сварщик занимается непосредственно сваркой лишь 30 % своего рабочего времени - остальное уходит на отдых.

К качеству сварных соединений предъявляются весьма жесткие требования, удовлетворить которые только за счет правильного выбора технологии и режимов сварки затруднено из-за наличия большого числа возмущающих воздействий, влияющих на процесс образования шва и снижающих его качество. Это, прежде всего, погрешность при изготовлении деталей под сварку, отклонение параметров стыка от заданной геометрии, погрешность наведения электрода на стык свариваемых деталей. Полностью исключить влияние возмущающих факторов даже при современной технологии невозможно, так как в большинстве случаев они обусловлены сложной формой изделия, наличием в его конструкции деталей из различных материалов, особенностями физических процессов, протекающих при сварке, деформацией и короблением изделия, изменением теплофизических свойств материалов и т.п.

При автоматизации технологического процесса электродуговой сварки необходимо решать проблему комплексного управления параметрами процесса, влияющими на качество формирования сварного соединения. Применение для этих целей локальных систем управления зачастую не обеспечивает требуемого качества. В связи с этим, проблема создания систем управления одновременно несколькими параметрами, влияющих на формирование шва, является актуальной.

Современный подход к созданию автоматических систем управления сварочными процессами требует не просто замены существующих аналоговых регуляторов на цифровые, имеющие несомненные преимущества, с точки зрения обеспечения визуализации процесса, графического интерфейса оператора, самоконтроля, хранения и архивирования информации и т.п., но и должен предлагать повышение качества управления за счет использования высокоэффективных алгоритмов. Стремительное развитие технологии производства средств микропроцессорной техники создало необходимые предпосылки для практического внедрения подобных алгоритмов. Однако, для процесса сварки сдерживающим фактором является отсутствие алгоритмического и программного обеспечения цифровых систем управления сварочными процессами.

По проблемам автоматизации технологического процесса электродуговой сварки в настоящее время проводятся интенсивные исследования, как в нашей стране, так и за рубежом. Среди известных работ в этой области следует отметить работы Б.Е. Патона, Э.А. Гладкова, Н.С. Львова, В.К. Лебедева, К.К. Хренова, Г.М. Каспржак, Л.Е. Алехина, В.М. Шитовой, Н.М. Трофимова, В.А. Судника, B.C. Карпова, В.М. Мазурова, В.А. Тимченко, Г.А. Цыбулькина, В.К. Долиненко, G. Cook, P. Drews, J. Repenning, Y.Fujita, H. Fujino, A. Ichikawa и других авторов.

Таким образом, проблема построения надежных и эффективных систем управления формированием сварного соединения по ряду параметров с использованием сварочной дуги в качестве источника информации является актуальной и представляет научный и практический интерес.

Целью работы является повышение качества сварного соединения путем создания высокоэффективных систем управления формированием сварного соединения, разработка методов и средств автоматического управления формированием сварного соединения в технологических процессах электродуговой сварки с использованием электрической дуги в качестве источника информации на основе анализа гармонического состава сварочного тока и напряжения. Разработка математических моделей и установление основных зависимостей между параметрами стыка и гармоническими составляющими тока и напряжения. Разработка серии новых оригинальных структур систем управления и методик их расчета. Оптимизация систем управления для технологического процесса сварки под флюсом. Экспериментальные исследования систем управления и их реализация на средствах микроэлектроники и микропроцессорной техники.

Достижение этой цели позволяет решить важную научно-техническую проблему по созданию ряда систем управления формированием сварного соединения с использованием дуги в качестве источника информации в технологических процессах электродуговой сварки в среде защитных газов и под флюсом.

Автор защищает;

- принцип построения систем управления формированием сварного соединения с использованием информации о ходе процесса сварки по электрическим параметрам дуги;

- ряд новых функциональных зависимостей между параметрами стыка и гармоническими составляющими сварочного тока;

- оригинальные структуры систем автоматического управления формированием сварного соединения на основе использования дуги как источника информации и методики их расчета;

- идентификационный подход и методику определения структуры и параметров динамической модели, отражающей взаимосвязь параметров стыка и гармонических составляющих сварочного тока;

- методику выбора коэффициентов штрафа в квадратичном критерии качества, позволяющую получить заданные динамические характеристики системы управления;

- методику оптимизации систем управления на основе преобразования координат состояния по критерию максимального быстродействия с целью повышения качества сварного соединения в технологических процессах сварки под флюсом;

- аппаратную и схемотехническую реализацию систем управления на средствах микросхемотехники и однокристальных микроЭВМ применительно к сварочному оборудованию.

Методы исследования. Решение поставленной в работе проблемы базируется на использовании методов гармонического анализа, цифровой обработки сигналов, теории случайных процессов, численного анализа, теории фильтрации сигналов, теории оптимальных систем управления. Подтверждение достоверности и эффективности предложенных систем управления проводилось на основе результатов компьютерного моделирования и промышленных испытаний в реальных технологических процессах электродуговой сварки.

Научная новизна заключается в предложении и разработке принципа получения информации по электрическим параметрам сварочной дуги с использованием гармонических составляющих сварочного тока и напряжения для формирования управляющих воздействий в системах автоматического управления сварочными процессами. На основе предложенного принципа разработаны новые оригинальные структуры систем автоматического управления формирования сварного соединения в технологических процессах электродуговой сварки в среде защитных газов и под флюсом. Установлены взаимосвязи между параметрами стыка свариваемых деталей и гармоническим составом сварочного тока и напряжения на дуге. Предложен идентификационный подход и методика определения структуры и параметров динамической модели, отражающей взаимосвязь параметров стыка и гармонических составляющих тока и напряжения, разработана методика выбора коэффициентов штрафа в квадратичном критерии качества. Разработана методика оптимизации систем управления в технологических процессах сварки под флюсом.

Практическая ценность работы заключается в разработке методологии построения систем управления формированием сварным соединением по электрическим параметрам дуги без использования дополнительного комплекса внешних датчиков, что упрощает конструктивное исполнение систем управления, повышает их надежность и снижает стоимость производства. Методология доведена до конкретных решений в виде новых оригинальных структур систем управления, методик расчета, схемотехнических вариантов реализации систем управления. Применение разработанных систем позволяет автоматизировать технологический процесс электродуговой сварки. При этом существенно изменяется характер труда сварщика, он выводится из зоны вредного воздействия сварочной дуги и становится оператором автоматической установки. Использование систем обеспечивает повышение качества сварного соединения, увеличение производительности труда, приводит к снижению затрат электроэнергии и сварочных материалов.

Реализация результатов работы. Предложенные в диссертации методы автоматизации технологического процесса электродуговой сварки легли в основу реализованных в производстве эффективных и надежных систем управления для ряда серийного технологического оборудования. Разработана система управления сварочным оборудованием трубосварочной базы БНС-81, предназначенной для сварки плетей магистральных трубопроводов. Разработана система управления применительно к сварочному роботу РТДК-1 и специализированному сварочному оборудованию с двумя сварочными головками. Разработана система управления применительно к оборудованию для сварки корпусов шаровых кранов для магистральных трубопроводов под флюсом. Разработан аналоговый блок адаптации для сварочных роботов, манипуляторов и другого оборудования. Разработана универсальная система управления на однокристальной микроЭВМ для широкого класса электросварочного оборудования. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение, внедренные в SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) систему "Trace Mode" версии 5.0. Внедренное программное обеспечение может использоваться как в промышленных контроллерах в виде встраиваемой опции, так и в составе современных АСУ ТП.

Разработанные системы управления технологическим процессом электродуговой сварки внедрены в серийное оборудование на следующих предприятиях: ОАО «Центргаз», ОАО "Тяжпромарматура", ОАО «Машиностроительный завод», ОАО «Тульский комбайновый завод», ОАО «Щекиноазот», ОАО «Химволокно», ОАО «Новомосковсказот», ГНТПП «Сплав», ТНИТИ, ОАО «Туларегионгаз», ОАО «Завод «Штамп», ОАО «Тульский патронный завод». В ООО «Техно-ТЕНСИи» организован серийный выпуск разработанных систем автоматического управления. Разработанные методы и программное обеспечение использованы в курсах «Локальные системы управления» и «Применение управляющих вычислительных машин» по специальности «Управление и информатика в технических системах».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались: на 2-й Всероссийской научно-технической конференции

Компьютерные технологии в соединениях материалов», 1998 г.;

- the 6th International Conference on Automatic control, 1998 г.; на 1-й Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в науке и производстве», 1999 г.;

- The international scientific youth conference «XXY Gagarin's lectures», 1999 г.;

- на 5-й Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин», 2000 г.;

- на 6-й Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин», 2001 г.;

- на 1-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики», 2003 г.; на 4-й Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов», 2003 г.;

- на 1-й Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Современные проблемы экологии и безопасности», 2005 г.;

-на научно-технических конференциях и научных сессиях Тульского государственного университета в 1998-2005 гг.

Экспериментальный вариант системы управления демонстрировался на Всероссийской выставке «Сварка цветных металлов и сплавов» (1999 г.), комплекс компьютерных программ моделирования систем управления был представлен на Выставке программных продуктов при IY Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов» (2003 г.), работа демонстрировалась на Международной Российско-Итальянской выставке по экономическому и научно-техническому сотрудничеству в г. Риме (2005 г.).

Работа выполнена в рамках научно-технической программы Министерства образования Российской федерации «Приоритетные направления науки и техники «Производственные технологии», результаты работы использовались в ряде хоздоговорных НИР и внедрены на 12 различных предприятиях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 печатных работ, среди которых 7 монографий и 6 патентов на изобретения.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 184 наименований, работа изложена на 400 страницах машинописного текста, имеет 155 рисунков, 13 таблиц и 4 приложения.

1. Современное состояние теории и практики управления формированием сварного соединения, постановка задачи исследования

В настоящее время в промышленности России сварка является самым распространенным технологическим процессом, при этом ведущее место занимает электродуговая сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа и под флюсом. По сравнению с другими типами соединений, сварочные обеспечивают высокую прочность, герметичность и долговечность при относительно простом способе их выполнения. Процесс сварки позволяет осуществлять соединения в различных пространственных положениях и в труднодоступных местах. При этом свариваемые металлы могут быть различными. Объем металлоконструкций, изготавливаемых с применением сварки, во всем мире постоянно возрастает.

Несмотря на широкое распространение процесса электродуговой сварки, при его проведении до сих пор велика доля ручного труда [35, 40, 54]. По данным зарубежной печати, ручная сварка составляет 90 % от общего объема электросварочных работ [167, 171, 177]. Сварщик подвергается действию излучения дуги, работает в условиях сильной загазованности, особенно при сварке в небольших замкнутых объемах (коробчатые конструкции) и в труднодоступных местах. Тяжелые условия работы и большие физические нагрузки приводят к снижению производительности труда, а, зачастую, и к различным профессиональным заболеваниям сварщиков.

Как показывают проведённые исследования, автоматизация данного процесса сдерживается отсутствием надежных высокоточных датчиков о параметрах сварочного соединения. При сварке крупногабаритных конструкций конфигурация сварочного стыка на всем его протяжении не может оставаться постоянной, т.е. всегда имеет место изменение в достаточно широком диапазоне углов наклона свариваемых листов и разделки, появление зазоров и изменение их величины, изменение высоты разделки, коробление и изгиб металла и т.д. Так, для таврового и углового стыков углы наклона листов могут составлять 30°ч-70°, углы разделки для стыка со скосом кромок составляют 30°~70°, высота разделки может быть 1-ьЗ мм, толщина листов составляет 5-f 10 мм, ширина зазора, как правило, составляет Он-6 мм.

Очевидно, что жесткое задание параметров сварочного процесса в этих случаях может привести к разрыву дуги и, соответственно, к появлению непроваренных участков. Таким образом, необходимо "подстраивать" эти параметры непосредственно во время процесса сварки. Для этого необходима точная информация о сварочном стыке.

Исследования отечественных и зарубежных ученых по вопросам построения устройств, для автоматического направления электрода по стыку свариваемых деталей, являющихся важными элементами комплексной системы автоматического управления процессом сварки, показали принципиальную возможность разработки таких устройств на основе механических, электромагнитных, фотоэлектрических и телевизионных датчиков. Наиболее известны в этой области работы, выполненные в ИЭС им. Е.О. Патона P.M. Широковским и Ю.А. Паченцевым, в МВТУ им. Н.Э. Баумана Э.А. Гладковым и Н.С. Львовым, в Институте автоматики АН УССР В.Г. Котовой, во ВНИИСО В.В. Смирновым и др.

17. Результаты работы нашли широкое внедрение в целый ряд технологических процессов на ОАО «Тяжпромарматура» (г. Алексин Тульская обл.), ОАО «Центргаз» (г. Тула), ОАО «Туламашзавод», ГНТПП «Сплав», ОАО «Завод «Штамп» и других организациях. Результаты работы внедрены в учебный процесс ТулГУ.

1. Агунов А.В., Агунов М.В., Короткова Г.М., Столбов В.И., Шевцов А.А. -Энергетические характеристики системы источник питания сварочная дуга. - Сварочное производство. №7 - 2002г.

2. Алекин JI.E. Полная структурная схема дугового автомата типа АРДС // Тр. / МВТУ.-Москва, 1970,-Т. 136. С. 67-117.

3. Антосяк В.Г., Мельник А.А. Передаточная функция дуги постоянного тока при малых отклонениях тока и напряжения // Автомат, сварка-1983.-№12-С. 21-24.

4. Атрощенко В.В., Шадрин В.Ю. К вопросу обеспечения качества сварочных работ. - Сварочное производство. №3 - 2002г.

5. Бадынов Б.Н. Некоторые проблемы технологии сварки на рубеже веков. - Сварочное производство. №1 - 2000г.

6. Бадьянов Б.Н. Компьютерное управление процессами сварки. -Сварочное производство. №1 -2002г.

7. Байнер Ш.А., Зандберг С.А. Двухкоординатная фотоследящая система к сварочному автомату // Сварочное производство 1971. - №3- С. 26-27.

8. Балакирев B.C., Дудников Е.Г., Цирлин A.M. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления. М.: Энергия, 1967- 232 с.

9. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами-Л.: Энергоиздат, 1982-392 с.

10. Белый В.Е., Баранов В.Ю., Вощанов А.К., Комов Е.М., Комов М.Е., Мельников В.Л., Щедрин И.Ф., Щербаков О.Н. Пути повышения безопасности трубопроводов АЭС. - Сварочное производство. №10 -2003 г.

11. Бендат Дж. Прикладной анализ случайных данных / Дж. Бендат, А. Пирсол,- М.: Мир, 1989.- 540 с.

12. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов М.:Мир, 1971.-408 с.

13. Бендат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа,- М.: Мир, 1983,- 312 с.

14. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования-М.:Наука, 1975 -768 с.

15. Брофман В.Я. Автоколебательные процессы в сварочных цепях и теория катастроф. / НИИПТМАШ. Краматорск, 1982. - 32 с. - Деп. в НИИЭ информэнергомаш, № 163.

16. Бухаров В.А. Разработка моделей управления дуговой сваркой в защитных газах // Сварочное производство 1997- № 2 - С. 15-18.

17. Васильев В.И., Гусев Ю.М., Миронов В.Н. Электронные промышленные устройства М.: Высшая школа, 1988 - 303 с.

18. Гладков Э.А. Автоматизация сварочных процессов. Часть I М.: МВТУ, 1976,- 68 с.

19. Гладков Э.А. Автоматизация сварочных процессов. Часть II М.: МВТУ, 1976.-65 с.

20. Гладков Э.А. Регистрация параметров сварки. - Сварочное производство. №3 - 2000г.

21. Гладков Э.А., Малолетков А.В., Перковский В.А. Информационная система оценки качества лазерной сварки // Компьютерные технологии в соединениях материалов: Тез. докл. 2-й Всерос. научн.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 1998.-е. 76-78.

22. Гладков Э.А., Перковский Р.А., Малолетков А.В. Компьютерно-телевизионный комплекс для управления и прогнозирования качества сварки // Сварочное производство.- 1997 №7 - С. 17-20.

23. Голушко С.А., Шелохвостов В.П., Сучков В.Г. Оптимальное управление процессами сварки // Компьютерные технологии в соединенияхматериалов: Тез. докл. 2-й Всерос. научн.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 1998, с.87-88.

24. Гольденберг JI.M., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов-М.: Радио и связь, 1985.-312 с.

25. Горбач В.Д. Автоматизация дуговой сварки плавящимся электродом судовых конструкций. - Сварочное производство. №5 - 2003г.

26. Дегтерев С.П., Зайцев М.П., Иншаков М.М. и др. Система управления перемещением сварочной головки // Электротехн. промышленность. Электросварка.- 1983.- №2.- С.15-17.

27. Долиненко В.В. Фильтрация Калмана сигналов тока и напряжения сварки // Датчики систем контроля и управления технологическими процессами сварки / АН Украины. Ин-т электросварки. Киев, 1991.- С. 71-77.

28. Дубровский С.А. Прикладной многомерный статистический анализ М.: Финансы и статистика, 1982.-216 с.

29. Дюргеров Н.Г., Сагиров Д.Х. Определение свойств дуги при импульсных процессах сварки. - Сварочное производство. №4 - 2004г.

30. Дятлов В.И. Новый принцип построения сварочных автоматов // Вестн. машиностроения 1943-№9-С. 9-10.

31. Евлонов В.В. Управление головкой робота на основе анализа режимных параметров электрической сварочной дуги // Элементы и системы оптимальной идентификации и управления технологическими процессами Тул. политех, ин-т, 1991. - С. 92-96.

32. Ерофеев В.А. Решение задач оптимизации технологии на основе компьютерного моделирования процесса сварки. - Сварочное производство. №7 - 2003г.

33. Жуков Ю.Н., Кравченко С.В., Иванов В.И. Новые марки сварочных электродов общего назначения. - Сварочное производство. №7 - 2003 г.

34. Залманзон JI.A. Преобразования Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении, связи и других областях М.: Наука, 1989 - 496 с.

35. Звороно Я.П., Сорина Н.И. Системы автоматического направления сварочной дуги по стыку за рубежом // Электротехн. промышленность. Электросварка.- 1981.- №4.- С. 17-19.

36. Иванов Г.А., Прончева В.Н. Компьютерные программы для решения задач проектирования технологических процессов сварки. - Сварочное производство. №6 - 2004г.

37. Иванов C.JI. Технология конструкционных материалов. - СПб., Гос. Горный институт им. Г.В. Плеханова. 2001г.

38. Ивахненко А.Г., Лапа В.Г. Предсказание случайных процессов- Киев: Наукова думка, 1971.- 252 с.

39. Изерман Р. Цифровые системы управления М.: Мир, 1984 - 492 с.

40. Каган Г.Н. Сварочные роботы // Электротехн. пр-сть. Электросварка. -1984. Вып. 3.- С. 24.

41. Карпинец И.Ф. Математическая модель плавления электродной проволоки при дуговой сварке // Автоматическая сварка. 1995. - №10. -С. 39-43.

42. Карпов B.C., Мазуров В.М., Панарин В.М. Управление движением головки сварочного робота // Пятая всесоюз. конф. по управлению в мех. системах: Тез. докл. 12-14 июня 1985 г. Казань: КАИ, 1985. - с.139.

43. Карпов B.C., Мерцалов А.Е., Помелов Д.С. Построение математической модели процесса сварки в условиях действия помех // Изв. ТулГУ. Сер. "Выч. техника. Автоматика. Управление".- Тула: ТулГУ, 2001. Вып. 7. Информационные системы - С. 176-178.

44. Карпов B.C., Панарин В.М. Квазиоптимальная по быстродействию система управления сварочным манипулятором // Автомат, системы оптимал. упр. технол. процессами. Тула: ТПИ, 1983. - с.70-74.

45. Карпов B.C., Панарин В.М. Синтез квазиоптимальных по быстродействию регуляторов для типовых промышленных объектов с запаздыванием //Изв. вузов. Электромеханика. 1984. - №2. - с.52-57.

46. Карпов B.C., Панарин В.М., Мерцалов А.Е., Лебеденко Ю.И. Многоканальная система управления процессом электродуговой сварки // Газовое хозяйство России 2000 - № 4 - С. 11-14.

47. Карпов B.C., Панарин В.М., Титчев Н.И. Применение регуляторов с переменной структурой для управления объектами с запаздыванием // Изв. вузов. Электромеханика. 1989. - №2. - С. 80-85.

48. Кассов Д.С., Рейдерман Ю.И., Кутепов Ю.Н. и др. Регулирование сварочного тока при автоматической сварке тонкой проволокой в среде С02 // Сварочное пр-во 1967,-№12.- С.15-17.

49. Ковалев Н.М. Некоторые особенности дуги как объекта управления // Упр. сварочн. процессами Тула: ТПИ, 1977 - С. 111-118.

50. Коновалов Н.Н. Требования к качеству сварных соединений. -Сварочное производство. №11 - 2004г.

51. Кривонос В.П., Ткаченко И.Г., Горабачев Б.Л. и др. Статистическая модель тока при сварке непрерывным оплавлением // Автомат, сварка-1983,-№7.-С. 30-34.

52. Куракин К.И., Куракин Л.К. Анализ систем автоматического регулирования на несущей переменного тока- М.: Машиностроение, 1978.- 238 с.

53. Курапаткин П.В. Оптимальные и адаптивные системы- М.: Высшая школа, 1980,- 287 с.

54. Куркин Н.С., Панкратов С.Б., Фишкис М.М. Опыт применения промышленных роботов для дуговой сварки // Свароч. пр-во- 1985 -№1.- С. 27-28.

55. Курков С.А., Ховов В.М., Аксёнов Ю.Н. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций. - Уч. пособие. МГТУ им. Баумана. 2002г.

56. Лебедев А.В. Структурная схема процесса саморегулирования дуги с учетом тепловыделения в вылете электрода // Автомат, сварка- 1985-№9.- С.29-32.

57. Лебедев А.В., Супрун С.А. Эффективность стабилизации среднего значения тока при полуавтоматической сварке // Автомат, сварка 1978-№10.-С. 37-41.

58. Лебедев В.А., Новгородский В.Г. Автоколебательные транзисторные электроприводы постоянного тока для сварочного оборудования. -Сварочное производство. №8 - 2003г.

59. Лебеденко Ю.И., Мерцалов А.Е., Карпов B.C. Компьютерное моделирование системы управления процессом электродуговой сварки. // Изв. ТулГУ. Серия: Выч. техника. Автоматика. Управление, Том 3. Вып. 1: Вычислительная техника Тула: ТулГУ, 2001, С. 61-65.

60. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга -М.: Машиностроение, 1970335 с.

61. Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов-М.: Машиностроение 1973 - 128 с.

62. Львов Н.С. Автоматизация направления сварочной головки по криволинейному стыку// Автомат, сварка 1962-№10-С. 9-15.

63. Львов Н.С. Автоматическое направление сварочной головки по стыку .М.: Машиностроение, 1966 150 с.

64. Львов Н.С., Гладков Э.А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов-М.: Машиностроение, 1982. -302 с.

65. Мазель А.Г. Технологические свойства сварочной дуги- М.: Машиностроение, 1969- 178 с.

66. Мазуров В.М., Карпов B.C., Чинарев П.И., Панарин В.М. и др. Система автоматического слежения за стыком при использовании дуги в качестве чувствительного элемента// Свароч. пр-во 1984. - №2. - с.28-29.

67. Мазуров В.М., Литюга А.В., Мерцалов А.Е. Новейшие цифровые алгоритмы управления в среде SCADA-системы Trace Mode 5.0 // Промышленные АСУ и контроллеры 2000 - №8 - С. 43-47.

68. Мазуров В.М., Панарин В.М., Тонких О.Е. и др. Система слежения за стыком по электрическим параметрам дуги. Одиннадцатая научная сессия, посвященная 90-летию изобретения радио: Тез. докл. - Тула: ТПИ, 1985. с.22.

69. Малов Д.И., Мазуров В.М., Карпов B.C. Методы синтеза оптимальных систем управления с запаздыванием. Тула: ТПИ, 1976. - 107 с.

70. Мельбард С.Н., Красильников Б.И., Ермолов М.И. и др. Системы слежения за направлением движения горелки // Автомат, сварка. 1984. -N2. - с.64-68.

71. Мерцалов А.Е. Компьютерная идентификация процесса электродуговой сварки // XXVI Гагаринские чтения: Сборник тезисов докладов молодежной научной конференции, апрель-М.: МАТИ-РГТУ, 2000 г.

72. Мерцалов А.Е., Карпов B.C., Панарин В.М. Компьютерная идентификация динамических объектов // Сборник трудов 14 международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях ММТТ-14", Том 6, Секции 10,11,12, Смоленск, 2001. С. 167.

73. Мерцалов А.Е., Помелов Д.С. Синтез двухканальных быстродействующих регуляторов // XXIV Гагаринские чтения: Сборник тезисов докладов молодежной научной конференции, апрель- М.: МАТИ-РГТУ, 1998 г.

74. Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров / Пер. с англ. М.Н. Микшиса и И.Н. Теплюка. Под ред. И.Н. Теплюка. М.: Мир, 1984. -320 с.

75. Неровный В.М., Ямпольский В.М. Сварочные дуговые процессы в вакууме. М. Машиностроение 2002г. - 263с.

76. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций. М.: Высшая школа, 1971. - 760 с.

77. Панарин В.М. Двухканальная система слежения за стыком с адаптацией к разделке кромок // Сварочное производство.- 1998.- №8 С. 15-19.

78. Панарин В.М. Применение сварочной дуги в качестве датчика положения кромок соединяемых деталей. Методы и средства измерений физических величин. Тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. В 10 частях. Часть 9. Нижний Новгород: НГТУ. 1998. С. 11-12.

79. Панарин В.М., Головнев С.Н. Моделирование сварочных процессов и систем адаптации роботов второго поколения // Изв. ТулГУ. Серия: Выч. техника. Автоматика. Управление. Том 1. Вып. 2: Автоматика. Тула, ТулГУ, 1998.-С. 3-10.

80. Панарин В.М., Иваница В.И., Тонких О.Е. Система адаптации сварочного робота к линии соединения деталей // Тез. докл. Всерос. научной конф. Тула: ТулПИ, 1986.- С. 92-93

81. Панарин В.М., Карпов B.C. Универсальный квазиоптимальный по быстродействию регулятор для объектов третьего порядка с запаздыванием // Элементы и системы оптимальной идентификации и управления технологическими процессами. Тула: ТулГУ, 1996. - С. 116120.

82. Панарин В.М., Карпов B.C., Бундин О.Е. Адаптация сварочного робота РТДК-1 дуговым сенсорным датчиком // Электротехническое производство 1991- №6. - С.18-19.

83. Панарин В.М., Карпов B.C., Мазуров В.М. Математическое описание процесса сварки как объекта управления в задаче поиска стыка // Сварка цветных металлов. Тула: ТПИ, 1985. - С. 82-86.

84. Панарин В.М., Карпов B.C., Мазуров В.М. Прибор для измерения параметров каплепереноса в сварочной дуге // Свароч. пр-во. 1985. - №5. -С. 31-32.

85. Панарин В.М., Карпов B.C., Тонких О.Е. Система управления промышленным роботом для электродуговой сварки // Свароч. пр-во. -1994.-№3.-С. 31-33.

86. Панарин В.М., Пешков А.В. Блок адаптации сварочного робота к линии соединения деталей // Тез. докл. Всерос. научной конф. Тула: ТулПИ,1986. -С. 91-92.

87. Панарин В.М., Пешков А.В. Использование электрической дуги в качестве чувствительного элемента сварочного робота // Тез. докл. Всерос. научной конф. Тула: ТулПИ, 1986. - С. 76-77.

88. Панарин В.М., Рошупкин Э.В. Применение однокристальной микроЭВМ в системах слежения по стыку // Сварочное производство.- 1998 №4-С. 33-35.

89. Панарин В.М., Тимошенко О.В., Карпов B.C. Анализ изменений длины сварочной дуги для построения системы слежения по стыку // Сварочное производство 1993 - №8 - С. 30-31.

90. Пат 2147270, Россия, МКИ3 В 23 К 9/10. Устройство автоматического управления положением сварочной головки. / Соколовский Р.В., Панарин В.М., Помелов Д.С., Карпов В.С.(Россия). -№ 99115429 Заявлено 13.07.99, Опубл. 10.04.2000. Бюл. № 10.

91. Попков A.M. Расчёт скорости плавления электродной проволоки при механизированных способах дуговой сварки // Сварочное производство, 1998,-№6.-С. 5-7.

92. Попков A.M. Расчёт параметров режима дуговой сварки стыковых соединений по заданным геометрическим параметрам швов. - Сварочное производство. №9 - 2003г.

93. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. -М.: Машиностроение, 1974. 240 с.

94. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М.: Наука, 1968. - 288 с.

95. Роботизированная система NKK-NACHI для сварки дугой, вращающейся с большой скоростью // Автомат, сварка. 1990. - №12. - С. 93-97.

96. Руководство пользователя TRACE MODE. Графическая инструментальная система для разработки АСУ. Издание второе, исправленное, дополненное.- М.: AdAstra Reserch Group, Ltd., 2000.

97. Рыбкин A.JI. Источники питания для дуговой сварки. - Сварочное производство. №3 - 2005г.

98. Рытов В.В., Сорина Н.И. Современные системы слежения за линией стыка свариваемых деталей // Электротехн. пром-сть. Электросварка. -1984.-Вып. 1.-С. 19-20.

99. Сергацкий Г.И., Коротун Ю.М. Методы автоматического копирования линии сварочного соединения // Автомат, сварка. 1981. - №5. - С.38-43.

100. Соколовский Р.В. Реализация систем управления положением сварочной головки на средствах микроэлектроники. //Системы автоматического управления положением сварочной головки: Тула: ТулГУ, 1999. С. 107111.

101. Соколовский Р.В., Карпов B.C., Панарин В.М., Помелов Д.С. Информационно-управляющие системы для процесса сварки магистральных трубопроводов. // Газовое хозяйство России, № 3. 2000. -С.28-35.

102. Соколовский Р.В., Панарин В.М., Карпов B.C., Помелов Д.С. Способ увеличения быстродействия в автоматических системах наведения головки сварочного робота на стык // Управление и информатика. М: ИСПО-Сервис". - 2000. - С. 288-297.

103. Соколовский Р.В., Панарин В.М., Карпов B.C., Помелов Д.С. Исследование гармонического состава сварочного тока для различных стыков // Свароч. пр-во. 2000. -N8. - С.5-10.

104. Соколовский Р.В., Говоров А.А., Фомичев А.А., Панарин В.М. Малоканальные микропроцессорные контроллеры в автоматических системах регулирования. Учебное пособие. Тула, ТулГУ, 2005. - 170 с.

105. Соколовский Р.В., Панарин В.М, Корниенко М.А. Методы управления формированием сварного соединения в процессах электродуговой сварки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. -136 с.

106. Судник В.А., Иванов А.В. Математическая и компьютерная модели источника теплоты при МАГ-сварке в газовых смесях // САПР и экспертные системы в сварке Тула: Известия ТулГТУ, 1995.- С. 108118.

107. Судник В.А., Иванов А.В. Математическая модель источника теплоты при дуговой сварке плавящимся электродом в смеси защитных газов. Часть 1. Нормальный процесс / Сварочное производство 1998 - №9- С. 3-9.

108. Судник В.А., Иванов А.В. Энергетическая модель МАГ-дуги в защитной смеси Аг+С02 // Материалы семинара "Физика дуги и источника питания".- Киев: Международная ассоциация "Сварка".- 1992 С. 24-25.

109. Тарарычкин И.А. Оптимизация технологии сварочных процессов при решении задач обеспечения качества продукции. - Сварочное производство. №1 - 2001г.

110. Теория сварочных процессов / Под ред. В.В. Фролова.- М.: Высшая школа, 1998.-560 с.

111. Тимченко В.А., Усик Н.И., Долиненко В.К. и др. Применение средств телевизионной техники для наведения сварочного инструмента на линию соединения // Сварочн. пр-во. 1981. - №2. - С. 24-26.

112. Тимченко В.А., Цыбулькин Г.А., Власов О.В. Использование сварочной дуги в качестве источника информации для "очувствления" промышленного робота РМ01 // Автоматическая сварка- 1990 №10-С. 69-72.

113. Тимченко В.А., Чацкие Л.Г., Секало Н.Н. Индукционные датчики положения изделия и их применение в производстве сварных конструкций // Автомат, сварка. 1984. - №8. - С. 60-67.

114. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника М.:Мир, 1984-512с.

115. Трефилов В.Ф. Датчики стыка для адаптивных сварочных роботов // Датчики систем контроля и управления технологическими процессами сварки / АН Украины. Ин-т электросварки. Киев, 1991. С. 83-85.

116. Трефилов В.Ф., Коробко Г.И. Система управления адаптивного сварочного робота // Свароч. пр-во. 1981. - №10. - С. 5-7.

117. Трефилов В.Ф., Коробко Г.И., Култыгин Ю.И. Датчик стыка на основе магнитного управления дугой // Сварочн. пр-во. 1985. - №6. - С. 24-25.

118. Трофимов Н.М. Процесс электрошлаковой сварки как объект регулирования подачей электрода и напряжением источника питания // Сварочн. пр-во. 1984. - №11. - С. 8-10.

119. Ушаков И.И. Экология, экономика и охрана труда в сварочном производстве. - Сварочное производство. №4 - 2000г.

120. Хвощ С.Т., Варлинский Н.Н., Попов Е.А. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления, справочник.: Л.: машиностроение, ленинградское отделение, 1987. - 640 с.

121. Хренов К.К. Электрическая сварочная дуга. М.: Машгиз, 1949. - 204 с.

122. Хьюпеман Л.П., Ален Ф.Е. Введение в теорию и расчет активных фильтров / Пер. с англ. Н.Н. Слепцова. Под ред. А.В. Знаменского. М.: Радио и связь, 1984. - 384 с.

123. Цукерман М.Б. Источники питания сварочной дуги и электрошлакового процесса. М.: Высшая школа, 1974. - 273 с.

124. Цыбулькин Г.А. Экстремальное управление корректирующим движением сварочной горелки // Датчики систем контроля и управления технологическими процессами сварки / АН Украины. Ин-т электросварки. Киев, 1991. - с.28-34.

125. Штрикман М.М., Павлов А.С. Кристаллизация шва при сварке по щелевому зазору с поперечными колебаниями электрода // Автомат, сварка. 1993. - №6.- С. 56-58.

126. Якшигулов А.П. Ультразвуковой контроль стыковых сварных соединений трубопроводов. - Сварочное производство. №12 - 2000г.

127. Chagnot С., Dillet A., Prunele D., Chanteranne J., Gabard D. Application of the C.A.W. vision SYLVARC system to the welding of 2219 aluminum alloy // 5th Int. Conf. "Comput. Technol. Weld", Paris, 1994,- Cambridge, 1994.-P. 1-13.

128. Controller improves weld quality on aerospace engine parts. // Weld. r. 1990-№8.-P. 73.

129. Cook G.E. Feedback and adaptive control in automatic arc welding systems // Metal Construction.- 1981.-№9,-P. 551 556.

130. Cook G.E. Robotic arc welding: research in sensory feedback control // IEEE Trans "Ind. Electron".- 1983.- Vol.30, №3,- P. 252-268.

131. Drews P., Repenning J. Fugenstenerung beim Lichtbogenschweisen. Uder das Ausmitzen dynamischer Arbeitspunktbewegung zum Abtasten der Schweisfuge biem mechanisierten MIG und UP - Schweisen // Verbindungstechnik.- 1976.-№8-9.-P. 35-39.

132. Drews P., Starke G., Wellms K. The current state of development of sensors for gas-shielded welding // Schueiss. und scheid- 1984 №4-P. 162. - 172.

133. Eichnorn F., Borowka J. Adaptive through-the-arc seam tracking system for the narrow gap welding process // Zud Int. Cont. Bev. Autom. and Rob. Weld., London, 17- 19 NOV, 1987. Abington, 1988.-P. 125-132.

134. Fujimura H., Ide E., Inoue H. Development of weldtime tracking sensor for arc welding robot // Mitsubisi dzuko Ticho.- 1983,- vol 20, №6.- P. 705-711.

135. Fujita Y., Fujino H., Ichikawa A. Welding robots make progress in the shipyard // Welding and metal Fabrication 1983 - vol.51, №7 - P. 377-381.

136. Karube Masahiko Automatic welding robots and their ability. Pt. 2. Horizontal position welding: Wannu. Assem.Montreal. 1990 // Nagano: Tadao, Yamobo Kiyoshi Yokogama. - Shigekoru: Nagano ets, 1990.

137. Katcher P. Where welding's Going: More autation // Iron Age Metalwork-1983,-№9.-P. 27-30.

138. Kim J-W, Na S.-J. A study on an arc sensor for gas metal arc Welding of horizontal fillets//Weld.J.- 1991.-№8.-P. 2169-2215.

139. Orsraph Peter, Sencak Vladimir Adaptive control of torch position with arc sensor Bratislava: Weld.Res.Inst, 1990 - 20 p.

140. Palotas В., Weldl M., Becker L. Computation of welding parameters for GMAW and application for arc Welding robots // 3-rd Cont. "Comput. Technol. Weld." Briyton, 4-7 June, 1990.-Abinyton, 1990.-P. 80-93.

141. Schraft R.D., Crik M. Schweissen mit Industrierobotern // Z. Scheisstech-1982.-№9.-P. 279-286.

142. Sencak Vladimir, Orszagf Peter Adaptive positional system VUZ-MAGAPS // Zvorac, Bratislava.- 1990.- №4.- P. 86-96.

143. Sudnik V.A. Analysis, optimization and diagnosis of weld results from GTA and GMA welding by computer simulation // Computer simulation in welding-Cambridge: TWI, 1994.-P. 50.

144. Sudnik V.A., Rubakov A.S. Calculation and experimental model of the moving arc of a nonconsumable electrode in argon // Weld. Int.- 1992 №4-P. 301-304.

145. Suga Yasuo Effect of some image processing on the seam tracking by a welding robot with visual sensor // Proc. 5th Int. Offshore and Polar Eng. Conf. The Hague, June 11-15.- 1995.- Vol.4- Golden (Colo).- P. 101-126.

146. Wall W.A., Yost V.H. Welding skate with computerised torch angle and weldind speed control // Welding J.- 1966.- vol.45, №10,- P. 824-834.

147. Yagishita Sh., Kanda M. Arc welding robot Systems for large steel constructions // IEEE Trans. Ind. Electron.- 1983,- vol.30, №3,- P. 269-276.