автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Методы и системы управления процессом электродуговой сварки магистральных трубопроводов

На правах рукописи

РГб од

/{Л^т ¿ом

Соколовский Руслан Викторович

МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и

производств (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Тула-2000

Работа выполнена на кафедре «Электронные вычислительные машины» Тульского государственного университета.

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Карпов B.C.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Сухинин Б.В. Кандидат технических наук Саломыков В.И.

Ведущая организация:

Защита диссертации состоится «/ Н » июня 2000 года в 14-00 часов ] заседании диссертационного совета Д 063.47.04 в Тульском государственнс университете по адресу: 300600, г.Тула, пр. Ленина, д. 92 (9 учебный корп> аудитория 101).

Ваши отзывы в 1 экземпляре, заверенные печатью организации, прос ба высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

.Автореферат разослан мая 2000 года

Учёный секретарь диссертационного совета

ГУП ГНПП «СПЛАВ»

Мазуров В.М.

2

Общая характеристика работы.

Актуальность работы.

Анализ состояния проблемы автоматизации процессов электродугово! сварки магистральных трубопроводов показывает, что при производстве сварочных работ, по-прежнему очень высокой остается доля ручного труда. Это, г свою очередь, приводит к снижению качества сварных соединений, необходимости послеоперационного контроля и доварки, возникновению профзаболеваний у рабочих, нзлишнему расходу материапов и повышению стоимости сварочных работ в целом.

Существующее положение вызвано в первую очередь тем, что применяемое в процессе сварки магистральных трубопроводов автоматизированное сварочное оборудование, как правило, не имеет в своем составе систем автоматического наведения электрода на линию соединения свариваемых труб, либс оснащено простейшими механическими копирами, которые малонадежны и не обеспечивают точное слежение за стыком. Применение для этих целей систем слежения, построенных на более современных датчиках положения сварочного шва, также не позволяет решить имеющиеся проблемы, поскольку такие датчики быстро выходят из строя под воздействием вредных выбросов, присущих сварочным процессам.

Выход из создавшейся ситуации возможен лишь на основе применения совершенно новых принципов получения информации о положении сварочного электрода относительно линии соединения свариваемых деталей.

В настоящей работе предложен подход к построению систем автоматического управления движением сварочного электрода, в процессе сварки магистральных трубопроводов в которых датчик положения шва отсутствует как таковой, а информация о положении стыка формируется на основе анализа гармонических составляющих сварочного тока. Предложенный подход позволяет обеспечить высокую точность наведения электрода, симметричность сварочного шва, равномерность проплавления кромок, а следовательно прочность сварного соединения в целом.

На основе данного подхода в работе предложены высокоэффективные системы управления движением сварочного электрода, которыми .может бьпь оснащено отечественное и импортное автоматизированное сварочное оборудование, применяемое в процессе сварки магистральных трубопроводов. Предлагаемые системы могут найти также широкое применение и в других отраслях с большим объемом сварочных работ, поскольку могут быть встроены в существующие сварочные установки. Реализация систем осуществлена на базе современной высоконадежной микропроцессорной технике.

Внедрение результатов работы в промышленности позволит дать не

только экономический эффект за счет повышения качества сварки, эконом! сварочных материалов, сокращении до минимума доли ручного труда, но и с циальный эффект, вследствие сохранения здоровья людей, непосредственно з нятых в сварочных процессах. Цель и задачи работы.

Основная цель работы заключается в разработке и исследовании сист< автоматического управления процессом электродуговой сварки магистралью трубопроводов, обеспечивающих высокое качество и надежность сварного с единения.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие зап

чи:

исследование процесса электродуговой сварки магистральных трубопров дов, как объекта автоматического управления;

- разработка математической модели процесса, позволяющей исследовать е динамику и провести синтез систем управления;

- разработка общей структуры систем управления и математическое описан их звеньев;

- выбор и обоснование критерия оптимальности с целью оптимизации систем;

- разработка инженерной методики синтеза оптимальных систем на основе в: бранного критерия оптимальности;

- создание программных средств для реализации систем.

Автор защищает:

- обобщенную структуру модели процесса электродуговой сварки магистрал ных трубопроводов, как объекта автоматического управления;

- математическую модель управляемого процесса;

- способ получения информации о положении сварочного шва при сварке м гистральных трубопроводов и его структурную реализацию;

- методику выбора параметров блока формирования информации о положен! сварочного.шва, позволяющую получить помехоустойчивый сигнал для цел управления;

методику синтеза цифровых оптимальных систем управления сварочные головками по критерию максимального быстродействия;

- реализацию систем управления на средствах микропроцессорной техники.

Методы исследования.

Решение поставленных в работе задач по разработке систем автоматам ского управления процессом электродуговой сварки магистральных трубопр водов базируется на методах гармонического анализа экспериментальных кр вых сварочного тока, математической теории оптимальных процессов, аппара аналитического конструирования оптимальных регуляторов, методах теор|

матриц и математического моделирования.

Достоверность предложенных методик синтеза и математических моде лей подтверждается аналитическим решением конкретных примеров, а также результатами моделирования и данными испытаний на реальном объекте.

Научная новизна.

В работе получены следующие новые научные результаты: предложен новый подход к автоматизации процесса электродуговой сварки магистральных трубопроводов, основанный на использовании дополнительной сварочной головки для получения информации о положении линии стыка; - разработана математическая модель процесса, позволяющая объективно оценить динамику и особенности электродуговой сварки магистральных трубопроводов;

разработана методика выбора амплитуды и частоты колебаний электрода с целью получения достоверной информации о положении стыка на фоне помех, присущих процессу электродуговой сварки магистральных трубопроводов;

предложена оригинальная схема двухконтурной системы управления движением сварочного электрода силовой головки;

разработана методика синтеза цифровых оптимальных систем управления сварочными головками на основе критерия максимального быстродействия.

Практическая ценность.

Прикладная значимость выполненных исследований определяется следующими полученными в диссертации результатами:

предложен способ управления движением сварочного электрода для процесса сварки магистральных трубопроводов, позволяющий исключить из контура замкнутых автоматических систем ненадежные датчики положения линии стыка свариваемых труб;

предложены простые в реализации структурные схемы автоматических систем управления, обеспечивающие высокую точность движения электрода вдоль линии стыка и позволяющие в конечном итоге повысить качество сварочного шва и производительность сварочной установки, а также получить экономию затрат энергии и сварочных материалов за счет исключения необходимости дополнительной сварки непроверенных швов;

предложена инженерная методика синтеза оптимальных систем управления па основе критерия максимального быстродействия, доведенная до программной реализации.

Реализация результатов работы.

Разработанные принципы построения автоматических систем и методики их расчета прошли испытания в ОЛО «Центргаз» (г. Тула) на установке для сварки «плетей» магистральных газопроводов. Испытания подтвердили их

работоспособность и эффективность использования в реальных условиях.

Апробация работы.

Основные результаты, полученные в работе докладывались:

- на 6-й Международной школе молодых ученых по автоматическому управлению. Санкт-Петербург, Литмо, май, 1998.

на 2-й Всероссийской научно-технической конференции по компьютерным технологиям в соединениях материалов. Тула: ТулГУ, июнь, 1998.

на 1-й Всероссийской научно-технической конференции по компьютерным технологиям в науке, проектировании и производстве. Нижний Новгород: НГТУ, май, 1999.

на Всероссийской молодежной научной конференции "XXV Гагаринские чтения", Москва, 1999.

- на 5-й Всероссийской научно-технической конференции по методам и средствам измерения физических величин. Нижний Новгород: НГТУ, 2000.

- на научно-технических конференциях Тульского государственного университета в 1996-2000.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 141 странице текста и включает в себя введение, пять разделов с выводами, заключение, список литературы из 144 наименований, а также дополнительно 4 приложения 51 странице. В тексте диссертации приведены 4 таблицы и 46 рисунков.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, среди которых 2 патента на изобретение.

Основное содержание работы Во введении обосновывается выбор темы, формулируются цели и основные задачи работы, кратко характеризуется научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приводятся основные положения, выдвигаемые на защиту.

В первом разделе дано краткое описание технологического оборудования для электродуговой сварки магистральных трубопроводов и отмечаются его особенности как объекта управления. Указывается, что одна из задач автоматизации данного процесса - обеспечение движения сварочного электрода по линии стыка свариваемых труб - нереализуема, при существующих требованиях к точности наведения, без оснащения сварочного оборудования соответствующими системами автоматического управления. Даётся критический анализ известных систем управления и датчиков контроля за положением сварочного шва. Показано, что применяемое в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности автоматизированное оборудование для сварки магистральных трубопроводов, как правило, не имеет в своём составе систем автоматического

наведения электрода на линию стыка труб, либо оснащено простейшими механическими копирами, которые малонадёжны и не обеспечивают точное слеже ние за стыком. Отмечается, что существующие датчики положения сварочногс шва (лазерные, тепловые, телемеханические и т.д.) не позволяют провести полную автоматизацию сварочного оборудования, поскольку быстро выходят из строя под действием газов и выбросов металла, имеющих место в процессе электродуговой сварки.

Приводится содержательная постановка задачи исследования, в которой отмечается, что выход из создавшейся ситуации возможен лишь на основе использования совершенно новых принципов получения информации о положении сварочного шва, позволяющих создавать высокоэффективные системы управления движением сварочного электрода.

Во втором разделе рассмотрены вопросы, связанные с построением математической модели процесса электродуговой сварки магистральных трубопроводов и исследованием его динамических характеристик.

В работе отмечается, что наличие в технологии данного процесса сварки колебаний электрода дает возможность формировать информацию о положении сварочной головки относительно стыка свариваемых труб на основе гармонических составляющих сварочного тока на частоте поперечных колебаний электрода. Такой подход позволяет в дальнейшем существенно повысить помехозащищенность, а следовательно и надежность работы системы управления процессом сварки.

На основе проведенных исследований в диссертации получена математическая модель процесса в виде системы алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих взаимосвязь между положением сварочной головки относительно разделанного стыка труб и амплитудами и фазами гармонических составляющих тока сварки:

х{1) = хупр(/) + хвО) + .4 ¡,т(ич)

1 *

ИП =--¡(1)---1/<0 +/\л(*)|

(П

'св О = !(')+ 1ц, С) + /(,

1(0 =

-Я, если \ !ап<э{х<+оо}

[ ] [ я«!

ак^) - |Х|51п(а.«) если Х> " ) '

5т(а,) ««(ад) I

,„ , !_Ь0(со5(ао)-со5(До«))1 I Йгсозсйо) (Ь0-82)зт{гц) |

со%(Р ) - IXр!п(/? л) если< Х<—----— »пек Х>-----+—--

} 0 > [ ¡>т(ъ)*т(%) ) [ С05(ао) ]

[ 5Ш(Д) ] [ С(м(/?0)

I -Б , если I х/$2СО5(/?0) 1ап<з{х>-оо}

О 2 { / <

.где 1(1) - расстояние между токоподводом и кромкой свариваемы деталей; Х(1) - величина отклонения сварочной головки от стыка; Хупр(1) - вел!' чина управляющего сигнала положением головки; Хв(0 - возмущающая вел1 чина положения сварочной головки; А, СО - амплитуда и угловая частота попе

речных колебаний электрода; Гд - изменение длины дуги при саморегулирова

нии; Кст - коэффициент саморегулирования по току; Ш) - изменение сварочнс го тока; 'Ги, Ки - постоянная времени и коэффициент передачи источника пита ния сварочной дуги; Кд - коэффициент передачи дуги; ¡св(0 - полный свароч ный ток; ш(1) - составляющая шума в сварочном токе; 1о - постоянная состав ляющая тока сварки; ¿о - высота положения головки сварочного робота на, стыком в рабочей точке X - величина отклонения сварочной головки о стыка; 5/. 52 - высота левой и правой свариваемых деталей; а,0- углы раз делки кромок;

Для проверки адекватности модели реальному процессу были проведены экспериментальные исследования на сварочной установке трубосварочной базы БНС-81. Поскольку разработанная модель описывает взаимосвязь между положением головки и гармоническими составляющими сварочного тока, проверка ее адекватности реальному процессу проводилась по соответствию частотной и фазовой характеристик модели и сварочного процесса. Амплитуда колебаний электрода поддерживалась в процессе сварки на постоянном значении,

а частота изменялась от 1 до 16 Гц. Частотная и фазовая характеристики исследуемого процесса показаны на рис. 1. Из графиков следует, что расхождение между теоретическими результатами и экспериментальными данными не превышает 10 %, что вполне допустимо для сварочных процессов.

б)

<0

град

45 0

-45

\ \ 14

ч

N

8 12 Уи

12 Г, Гц

_ расчет

............. эксперимент

Рис. I Амплитудная (а) и фазовая (б) частотные характеристики

В работе был проведен также анализ характерных возмущений, вызываемых самой технологией процесса сварки труб. Эти возмущения приводят к колебаниям сварочного тока и напряжения, а, следовательно, будут оказывать влияние на сигнал управления положением сварочной головки, формируемый по параметрам дуги. К наибольшим броскам сварочного тока и напряжения приводит капельный перенос металла электрода в сварочную ванну. Этот переход сопровождается коротким замыканием дугового промежутка и погасанием дуги. Замыкания дугового промежутка приводят к резкому возрастанию сварочного тока. В результате этого в сварочном токе наблюдаются значительные по величине периодические пульсации относительно его среднего значения. В ходе проведенных исследований установлено, что 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. Время горения дуги также является функцией многих переменных. Поэтому их описание в виде функциональных уравнений весьма затруднительно и часто является нецелесообразным. Учитывая это, процесс каплепереноса в диссертации рассматривается как случайный процесс, в связи с чем исследование возмущений сварочного тока под действием коротких замыканий, а также других факторов (пульсаций вы-

прямителя, неравномерности подачи проволоки и т.д.) проводилось спектрал ным методом. Такой подход позволил определить интенсивность возмущений сварочном контуре на различных частотах. Это является наиболее важным п| выборе значения частоты поперечных колебаний электрода, при которой пул сации в сварочном токе минимальны.

Для построения графика спектральной плотности кривая сварочно тока квантовалась по времени, и полученные данные обрабатывались на ЭВГ Анализ полученного графика, показывает, что наибольшие броски тока об сдавливаются короткими замыканиями дугового промежутка, периодичное которых в значительной мере определяется длиной дуги и скоростью пода' проволоки. Значительно меньшие колебания тока наблюдаются от действия п луволн выпрямленного напряжения источника питания и других факторов.

Спектральное исследование сварочного тока позволяет также обе новать требования по выбору частоты колебаний электрода. С целью повыш ния помехоустойчивости системы управления частоту колебаний следует выб рать в диапазоне 1-15 Гц, при этом уровень помех в сварочном токе мин мальный. В результате удается разделить в частотной области помехи и поле ный сигнал, формируемый по гармоническим составляющим тока сварки, кот рые вызываются поперечными колебаниями электрода. В этом случае мож] легко избавиться от помех в процессе выделения гармонической составляют и получить достоверный сигнал, характеризующий положение головки относ тельно стыка.

Исследования на гармонических составляющих по модели (1) позвол ли установить ряд особенностей, присущих сварке разделанных стыков труб колебаниями электрода. Так, при движениях головки по стыку кромок в св рочном токе появляется гармоническая составляющая на частоте равной удв енной частоте колебаний электрода. Амплитуда этой гармонической соста ляющей имеет наибольшее значение при движении головки строго по стьп При смещении головки от стыка амплитуда гармонической составляющей удв енной частоты уменьшается, однако в сварочном токе появляется гармонич екая составляющая на частоте колебаний электрода. Амплитуда этой состг ляющей зависит от величины смещения, а фаза указывает на направление см щения головки от стыка. Именно эта составляющая является наиболее инфс мативной и используется для получения сигнала управления положением се рочной головки относительно стыка.

В диссертации разработаны алгоритм и программа моделирования пр цесса электродуговой сварки на ЭВМ в диалоговом режиме. Программа позе ляет исследовать гармонические составляющие сварочного тока и напряжен

вплоть до пятой гармоники включительно по отношению к частоте колебаний электрода.

Третий раздел посвящен исследованию возможности использования гармонических составляющих сварочного тока для получения информации о положении стыка труб при сварке магистральных трубопроводов.

Отмечается, что наличие в данном процессе сварки двух сварочных головок, маломощной и силовой, позволяет использовать первую из них в качестве датчика положения стыка и на основе получаемой с него информации управлять движением силовой сварочной головки. Для реализации такого подхода предлагается использовать способ получения информации о стыке, основанный на гармоническом анализе сварочного тока.

На основе выбранного подхода разработана структурная схема контура формирования информации о положении линии стыка свариваемых труб и даётся описание его элементов.

Учитывая, что при практической реализации разработанной схемыдля получения информации о линии стыка может использоваться как ток сварки, так и напряжение, в работе получен критерий выбора этих параметров

ки {™.>0,

1 -Ги2ш2 Uce

где /„., ULK - параметры режима сварки, Tu -постоянная времени источника питания.

Согласно данного критерия при соблюдении условия необходимо использовать ток, в противном случае - напряжение сварочной дуги.

В диссертации приводится также выражение для расчёта минимально допустимого значения амплитуды поперечных колебаний электрода

min к.а>, sin а

I к

где 5 - величина, характеризующая допустимое соотношение полезного сигнала и помех; S(cül.) ~ значение спектра сварочного тока на частоте колебаний электрода: ~ постоянные коэффициенты.

Данное неравенство позволяет рассчитать минимальное значение амплитуды колебаний электрода, при которых гармоническая составляющая сварочного тока проявится на фоне шумов с достаточным для целей управления уровнем.

В диссертации отмечается, что точность получения информации о положении сварного шва в свою очередь зависит от точности наведения маломощ-

ной головки на линию соединения труб. Решить такую задачу возможно путём использования в контуре формирования информации о положении стыка локального регулятора, обеспечивающего движение сварочного электрода вдоль линии соединения свариваемых деталей.

Для этих целей в работе предложено использовать цифровой оптимальный по быстродействию регулятор, реализуемый на современных средствах вычислительной техники. Для проведения синтеза оптимального по быстродействию закона управления в работе получено математическое описание элементов системы в виде дифференциального уравнения пятого порядка.

Однако известно, что аналитических методов синтеза оптимальных по быстродействию систем управления объектами высоких порядков не существует. Поэтому в диссертации было проведено упрощение математического описания системы, исходя из некоторых особенностей её работы, а именно возможности разделения звеньев, работающих на модулированном и немодулирован-ном сигналах и существенном различии в постоянных времени привода сварочной головки и остальных элементов. Эти обстоятельства позволили аппроксимировать математическое описание разомкнутой системы дифференциальным уравнением с отклоняющимся аргументом

Лсф« ,

и ¿Г Ж

где Тпр - постоянная времени привода; г- запаздывание; к- коэффициент передачи разомкнутой системы; исф- сигнал на выходе сглаживающего фильтра; 11— управляющее воздействие на привод сварочной головки, ограниченное условием вида |«(/){ <1.

В результате возникает задача синтеза оптимального по быстродействию закона управления при наличии в системе запаздывания и ограничения на управляющие воздействия.

Для решения поставленной задачи в диссертации предложен подход, основанный на сочетании известного метода синтеза дискретных оптимальных по быстродействию систем с ограничением при отсутствии запаздывания и метода упреждения координат состояния объекта.

Задача синтеза оптимального закона в данном случае формулируется как определение последовательности /У,, (Л, ..., V,,,, подчинённой условие

|г/д| < 1. к = 1.2.....т и переводящей объект из некоторого произвольного начального состояния в состояние нуль.

При решении задачи синтеза дискретное описание объекта

x(k+\) = Rx(k)-Qu(k-M),

x(k) =

\ 0,63 ' 0 "

R = , Q =

3. 0 0,36 0,63

M

= Vro

где Т(г период дискретности, вначале представляется через упреждённые координаты состояния z(k +!) = Rz{k) + Qu(k), z(k) = x(k + M), а затем записывает-;я относительно начального состояния в виде:

2(0) = ¿г, + |и.г., г. = ~R~'Q (1)

Далее используется понятие множества точек состояния, для которых N | г

выполняется условие Rw = X «./-., м <1, и понятие критической прямой KN

/v | / i |г|

'рис. 2), которая соединяет середины рёбер /?.,■, параллельных вектору г/, и об-тадает тем свойством, что каждую точку Z(0) в RN можно представить выраже-тем (1).

На основании этого оптимальное управление для следующего дискретно-

"о интервала находится как и = sat % , sat х = "j

[sig ^г,для j^rj > 1.

' Z!

'ис. 2. Исследуемая плоскость состояния при синтезе цифровой системы управления

Рис. 3. Преобразованная система координат состояния

Для определения оптимального управления исходная система предварительно подвергается преобразованию вида

= Qz,

-cos а - sm » sin a -cos а

arctg Uj/r,

121

■де

матрица поворота, г, ¡. г ¡г- компоненты вектора г¡.

После этого оптимальное управление находится из выражения,

и = Ба^-Л / г )

где А - расстояние от точки состояния системы 7,'(к) до критической прямо А'дч определённое в направлении, параллельном вектору г (рис. 2).

Согласно предложенной методике синтеза для системы управления дв( жением электрода маломощной сварочной головки были получены:

кТ(Т0 - Те 01 (е 0/ - 1))

,гп/г О-Щ/Т

кТ{70(Л' - 1) - Ж']эта + кИ" сова кТЩ(>1-\)-Н/']соъа +к№'вта

га

/а.

2,АГ

Г 1Т (Ы-Щ/Т И'-=Те 0/ (1-е и/ ).

В работе приводится алгоритм расчёта оптимальной управляющей пс следовательности, а также структурная схема цифровой системы, использую щей принцип упреждения координат состояния объекта.

Эффективность предложенной методики синтеза подтверждается резуль татами цифрового моделирования.

В четвёртом разделе разрабатывается структурная схема системь управления движением силовой головки. Выявляются и анализируются сущест венные технологические факторы, фигурирующие в качестве возмущающи воздействий. Такими факторами в исследуемом процессе являются кривизн стыка и продольные смещения свариваемых труб, обусловленные их вращение? на приводных роликах. В результате проведённого анализа предложена двух контурная система управления движением сварочного электрода садовой го ловки, в которой сигнал с выхода первого контура, несущий в себе информации о положении сварочного шва, является заданием для второго контура. Струк т\р ная схема системы представлена на рис. 4. где ОР-1, ОР-2 - оптимальные ре гчляторы; СГ-1, СГ-2 - сварочные головки; БВС - блок выдачи сигнала о поло жении сварочного шва; БВК - блок временной коррекции; ГКЭ - генератор ко лсбаний электрода; ПР-1, ПР-2 - приводы сварочных головок, БАГС - бло) анализа гармонических составляющих.

В работе показано, что особенностью данной системы является то, чт< дополнительная сварочная головка, на базе которой формируется информация <

можении сварочного шва, находится на некотором временном расстоянии т2 ■ основной головки, что вносит в систему элемент упреждения, который мож-

) представить звеном с передаточной функцией 1У{р) = е

V

Рис. 4. Структурная схема системы управления силовой головкой При этом величина х2 определяется выражением

г- = —

2 у

где

I -

кстояние между сварочными головками, скорость сварки.

В зависимости от скорости сварки и расстояния между электродами, ко->рое зависит от конструктивных особенностей конкретной установки для ¡арки магистральных труб, а также от технологии сварочного процесса, велика Тг может существенно изменяться. Вследствие этого при реализации сис-:мы рекомендуется учитывать следующие ситуации:

1. > , 2. Г| < , 3. г, = г,,

1е Т| - запаздывание в канале выдачи сигнала о положении сварочного шва, госимое элементами системы управления дополнительной головкой.

Анализ данных ситуаций показывает, что в случае 1 в системе будет меть место запаздывание в канале выдачи сигнала о положении сварочного !ва. В случае 2 появляется упреждение этого сигнала. В случае 3 запаздывание ; полностью компенсируется величиной упреждения т2. Данные обстоятельс,-з приводят к необходимости введения в структуру системы блока временной эррекции БВК, предназначенного для взаимной компенсации временных ин-;рвалов т( и и. Данный блок имеет передаточную функцию

ЩР) -

если т, > г.

№(р) = е''р, если х, < г2, (2)

Ш(р) = 1, если г, = г,, где г, = г, - г2 - время запаздывания, ту = г, - г, - время упреждения.

Из анализа передаточных функций ( 2) следует, что практическая реали зация системы осуществима лишь когда Т)> т2, в противном случае в систем необходимо использовать блоки чистого упреждения, аналоги которых в при роде не существуют.

Для повышения эффективности и точности работы системы управлени силовой головкой в диссертации проведена её оптимизация. С этой целью даёт ся обоснование критерия оптимальности. В частности отмечается, что качеств' и прочность сварных соединений в значительной мере снижают непроваренны участки стыка. Эти участки образуются в процессе сварки при различных от клонениях линии соединения деталей от траектории движения головки. Их про тяженность определяется временем отработки этих отклонений системо: управления. Данные отклонения приводят к тому, что в течение времени пере хедного процесса („„ движение головки не совпадает с линией стыка, в резуль тате чего последний оказывается непроверенным. Длина непроваренного участ ка определяется выражением

'н = ^се'ки • С5)

При этом если по всех длине стыка имеется п отклонений линии соеди нения деталей от траектории движения головки, то общая длина 1„ непроварен ных участков составит

(4)

Последнее приведет к тому, что предельная допустимая нагрузка г) должна быть снижена по отношению к допускаемой при полностью проварен ном шве г) на величину

П„=0~Усе (5)

'сот '~и где !ст- общая протяженность стыка.

Как видно из соотношений (3) и (4), длину непроваренных участко! можно сократить либо снижением скорости сварки, либо уменьшением времеш переходного процесса. Однако изменение скорости сварки представляет собо( технологически трудную задачу, связанную с необходимостью одновременной изменения всего комплекса параметров, определяющих сварочный процесс Кроме того, уменьшение скорости сварки ведет к снижению производительно сти технологического оборудования. Поэтому наиболее приемлемым для со

кращения непроваренных участков является подход, основанный на умены..> нии времени переходного процесса.

В результате проведенного в работе анализа показано, что радикальном способом, позволяющим значительно сократить время переходного процесса в системе управления, является ее оптимизация по быстродействию.

На основании этого синтез управляющего устройство для контура управления силовой головки в работе проведен из условия минимизации функционала вида:

'1

/ = J dt = tj - = tnn min . 'о

Объектом регулирования для этого контура является сам привод силовой головки. Расчет оптимальной управляющей последовательности для него был осуществлен на основе методики, предложенной в разделе 3. Оценка динамических показателей работы двухконтурной системы управления силовой головкой проводилась путем цифрового моделирования.

В пятом разделе рассматриваются задачи реализации разработанных систем управления на сварочной установке трубосварочной базы БНС-81.

Трубосварочная база БНС-В1 представляет собой сложный технический комплекс, на котором выполняются операции сборки отдельных труб в плети, их центрирования и сварки. Основным элементом трубосварочной базы является сварочная установка, которая содержит источник питания дуги, пульт управления и сварочную головку с элементами коррекции ее положения относительно стыка свариваемых труб. Сварщик постоянно контролирует ход процесса сварки и вручную корректирует положение электрода относительно стиха в поперечном направлении, что является одним из существенных недостатков в работе установки.

С целью повышения качества технологии сварки и исключения ручного труда в работе предложено оснастить сварочную установку второй головкой. Эта головка осуществляет предварительную сварку стыка тонкой проволокой с технологическими колебаниями электрода. Одновременно данная головка используется в качестве источника информации о положении стыка свариваемых труб. Головка оснащена приводом коррекции поперечного положения относительно свариваемого стыка, который отрабатывает различные возможные в ходе сварки отклонения от стыка труб. Аналогичным приводом поперечной коррекции оснащена также первая (основная) головка сварочной установки. В результате такого конструкторского решения появилась возможность автоматического управления положениями сварочных головок.

Основным элементом системы автоматического управления положение сварочных головок является блок управления, построенный на базе однокрр стальной микроЭВМ типа КР1816ВЕ31. В состав блока входят два аналоге цифровых преобразователя, индикатор, клавиатура и два широтно-импульсны модулятора для управления приводами сварочных головок. Предусмотрен связь однокристальной микроЭВМ с управляющей вычислительной машино р^охнего уровня посредством стандартного интерфейса КБ232С.

В работе сформулированы требования к аналого-цифровым преобразс вателям, используемым в системе управления, в части времени преобразования

Тлт~~Лг—> (6)

IК " МЦ1

где т- требуемое время преобразования АЦП; Кз коэффициеи

запаса (0,8..0,95): /к - частота поперечных колебаний электрода;

количество отсчетов на одном дг периоде преобразования;

При соблюдении этого Ат требования удается выделит гармоническую составляющую сварочного тока на частоте колебаний электрс да, которая несет основную информацию о положении сварочной головки отне сительно стыка труб.

Разработанная система управления положением сварочных голово конструктивно выполнена в виде отдельного модуля, который встраивается сварочную установку.

В ходе испытаний разработанных систем управления установлен« что длина непроверенных участков в данном случае не превышает двух сани метров, что соответствует продолжительности переходного процесса в систем не более 2 секунд. Это хорошо согласуется с теоретическими результатами, пс лученными в диссертационной работе.

Испытания систем управления проводились на трубосварочной баз БНС-81 Внедрение результатов диссертационной работы осуществлено в ОА< "Центргаз", г. Тула при сварке плетей магистральных газопроводов. Акт испь тлний приведен в диссертации.

Основные результаты работы 1. Проведен анализ процесса сварки магистральных трубопроводов как объе* та автоматического управления, на основе которого предложен новый по; ход к его автоматизации, состоящий в получении информации о положени линии стыка свариваемых труб посредством дополнительной сварочной г< ловки и позволяющий повысить качество и прочность сварочного соедиш ния.

Разработана математическая модель процесса сварки магистральных трубопроводов, дающая возможность провести исследования его динамических характеристик и получить аналитические зависимости и соотношения, необходимые для проектирования системы управления. '. Разработана обобщенная структура системы управления процессом сварки

и получено математическое описание ее звеньев. . Предложена методика синтеза цифровых оптимальных по быстродействию законов управления сварочными головками, учитывающая возможные запаздывания в системе и использующая для упреждения вектора состояния лишь текущие и прошлые координаты состояния объекта. >. Разработана методика выбора тока, напряжения и амплитуды колебаний электрода с целью формирования достоверного сигнала управления на фоне значительных помех, характерных для процесса электродуговой сварки магистральных трубопроводов, i. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение предложенных

методов расчета и процедур исследований. г. Осуществлена реализация предложенной системы управления на базе однокристальных ЭВМ и проведены её испытания в производственных условиях.

!. Результаты диссертационной работы приняты к внедрению на предприятии ОАО «Центргаз» (г. Тула).

Основное содержание диссертации опубликовано в работах Pomelov D.S., SokoJovsky R.V., Karpov V.S. The method of designing of highspeed regulators for two channel control systems of welding electrode tracking // Preprints of the 6th International Student Olympiad on Automatic control (Baltic Olympiad). Saint-Petersburg State Institute of Fine Mechanics and Optics. -Saint-Petersburg. 1998. P. 151-155. !. Панарин B.M., Соколовский P.B., Мазуров B.M., Использование гармонических составляющих сварочного тока в системах слежения по стыку. // Компьютерные технологии в соединениях материалов: Тез.докл. 2-й Все-рос. научн.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 1998. -С.82-84. !. Панарин В.М., Соколовский Р.В., Карпов B.C., Помелов Д.С., Принцип построения двухконтурных систем управления движением сварочного электрода. Известия Тульского государственного университета. Серия: Вычислительная техника. Автоматика. Управление. Т.1. Вып. 2: Автоматика. -Тула, ТулГУ, 1998. - С. 17-23. t, Карпов B.C., Панарин В.М., Соколовский Р.В. Компьютерное моделирование сварочных процессов с целью построения систем управления. Н Ком-

пьютерные технологии в науке и производст ве: Тез.докл. 1-й Всерос. н учн.-техн. конф. Ч.З. Нижний Новгород: НГТУ, 1999. - С.29-31.

5. Соколовский Р.В. Реализация систем управления положением сварочж головки на средствах микроэлектроники. // Системы автоматическо управления положением сварочной головки: Тула: ТулГУ, 1999. - С. 10 111.

6. Карпов B.C., Соколовский Р.В., Панарин В.М., Помелов Д.С., Нахожден: образа сварочного стыка по гармоническому составу сварочного тока и н пряжения. The international scientific youth conference "XXY Gagarin's le tures". - Тезисы докладов. - Москва: ЛАТМЭС, 1999. - С.312.

7. Карпов B.C., Соколовский Р.В., Панарин В.М., Помелов Д.С. Информац онно-управляющие системы для процесса сварки магистральных трубопр водов. // Газовое хозяйство России, № 3. 2000. - С.28-35.

8. Карпов B.C., Панарин В.ML, Помелов Д.С., Соколовский Р.В. Способ ув личения быстродействия в автоматических системах наведения голов( сварочного робота на стык. // Управление и информатика. Труды кафедр автоматики и телемеханики. Тула: ТулГУ, 2000. - С.75-84.

9. Панарин В.М., Карпов B.C., Соколовский Р.В., Помелов Д.С. Устройсп автоматического управления положением сварочной головки. Патент РФ i изобретение № 2Í47270 от 10.04.2000.

10. Панарин В.М., Соколовский Р.В., Головнев С.М., Помелов Д.С. Задачи а: томатического поддержания параметров сварного соединения. // Методы средства измерения физических величин. Тез.докл. 5-й Всерос. научн.-тех конф. Нижний Новгород: НГТУ, апрель 2000.

11. Карпов B.C., Панарин В.М., Сафиуллин А.Н., Помелов Д.С., Соколове^ Р.В. Устройство автоматического управления положением сварочной п ловки. Заявка на изобретение N 2000100297/02 (000181) от 06.01.2000г. П< ложительное решение о выдаче патента РФ на изобретение от 14.04.2000г.

Подписано в печать )0 05.2000. Формат бумаги 60x84 Шб.Бучага типографская N»2. Ос|: сетная печать. Усл.печ.л. 1,2. Усл.кр.-отт 1.2. Уч.издл. 1.0. Тираж 80 экз. Заказ 331. Тульский государственный университет. 300600. г. Тула. пр. Ленина, 92. Редакиионно-издательский центр Тульского государственною университета. 300600. г.Тула. ул. Болдина:151.

Введение. ^

1. Задача автоматизации процесса электродуговой сварки магистральных трубопроводов.

1.1. Особенности технологии процесса сварки магистральных трубопроводов.Э

1.2. Современное состояние теории и практики автоматического управления процессом сварки магистральных трубопроводов.№

1.3. Задачи исследований. .Ч*

2. Разработка математической модели процесса сварки магистральных трубопроводов.

2.1. Обобщённая структура модели процесса сварки.

2.2. Математическое описание процесса для целей управления.

2.3. Исследование модели и оценка адекватности.

Выводы по разделу.

3. Использование метода гармонического анализа для получения информации о положении сварочного шва.

3.1. Обоснование выбора способа формирования сигнала о положении сварочного шва.

3.2. Структурная схема системы формирования сигнала о положении сварочного шва.

3.3. Методика выбора тока, напряжения и параметров колебания электрода с целью формирования помехоустойчивого сигнала о положении сварочного шва. .Во

3.4. Математическая модель системы формирования сигнала о положении сварочного шва.&&

3.5. Синтез системы слежения за стыком.

Выводы по разделу.(°

4. Разработка системы управления движением сварочного электрода основной головки.

4.1. Постановка задачи и структурная схема системы.1.

4.2. Обоснование критерия оптимальности.I.

4.3. Синтез оптимального алгоритма управления основной головкой.I.

Выводы по разделу.{

5. Реализация системы управления.

5.1. Описание трубосварочной базы БНС-81 и требования к усовершенствованию конструкции.

5.2. Программное и техническое обеспечение систем управления установкой для сварки плетей магистральных трубопроводов.

5.3. Результаты испытаний систем управления.

Выводы по разделу.

Основные результаты работы.

Анализ состояния проблемы автоматизации процессов электродуговой сварки магистральных трубопроводов показывает, что при производстве сварочных работ, по-прежнему очень высокой остается доля ручного труда. Это, в свою очередь, приводит к снижению качества сварных соединений, необходимости послеоперационного контроля и доварки, возникновению профзаболеваний у рабочих, излишнему расходу материалов и повышению стоимости сварочных работ в целом.

Существующее положение вызвано в первую очередь тем, что применяемое в процессе сварки магистральных трубопроводов автоматизированное сварочное оборудование, как правило, не имеет в своем составе систем автоматического наведения электрода на линию соединения свариваемых труб, либо оснащено простейшими механическими копирами, которые малонадежны и не обеспечивают точное слежение за стыком. Применение для этих целей систем слежения, построенных на более современных датчиках положения сварочного шва, также не позволяет решить имеющиеся проблемы, поскольку такие датчики быстро выходят из строя под воздействием вредных вйбросов, присущих сварочным процессам.

Выход из создавшейся ситуации возможен лишь на основе применения совершенно новых принципов получения информации о положении сварочного электрода относительно линии соединения свариваемых деталей.

В настоящей работе предложен подход к построению систем автоматического управления движением сварочного электрода, в процессе сварки магистральных трубопроводов в которых датчик положения шва отсутствует как таковой, а информация о положении стыка формируется на основе анализа гармонических составляющих сварочного тока. Предложенный подход позволяет обеспечить высокую точность наведения электрода, симметричность сварочного шва, равномерность проплавления кромок , а следовательно прочность сварного соединения в целом.

На основе данного подхода в работе предложены высокоэффективные системы управления движением сварочного электрода, которыми может быть оснащено отечественное и импортное автоматизированное сварочное оборудование, применяемое в процессе сварки магистральных трубопроводов. Предлагаемые системы могут найти также широкое применение и в других отраслях с большим объемом сварочных работ поскольку могут быть встроены в существующие установки для сварки плавящимся электродом. Реализация систем осуществлена на базе современной высоконадежной микропроцессорной технике.

Внедрение результатов работы в промышленности позволит дать не только чистый экономический эффект за счет повышения качества сварки, экономии сварочных материалов, сокращении до минимума доли ручного труда, но и социальный эффект вследствие сохранения здоровья людей, непосредственно занятых в сварочных процессах.« Основная цель работы заключается в разработке и исследовании систем автоматического управления процессом электродуговой сварки магистральных трубопроводов, обеспечивающих высокое качество и надежность сварного соединения.

Автор защищает:

- обобщенную структуру модели процесса электродуговой сварки магистральных трубопроводов, как объекта автоматического управления;

- математическую модель управляемого процесса; б- способ получения информации о положении сварочного шва при сварке магистральных трубопроводов и его структурную реализацию;

- методику выбора параметров блока формирования информации о положении сварочного шва, позволяющую получить помехоустойчивый сигнал для целей управления; методику синтеза цифровых оптимальных систем управления сварочными головками по критерию максимального быстродействия;

- реализацию систем управления на средствах микропроцессорной техники.

Методы исследования.

Решение поставленных в работе задач по разработке систем автоматического управления процессом электродуговой сварки магистральных трубопроводов базируется на методах гармонического анализа экспериментальных кривых сварочного тока, математической теории оптимальных процессов, аппарате аналитического конструирования оптимальных регуляторов, методах теории матриц и математического моделирования.

Достоверность предложенных методик синтеза и математических моделей подтверждается аналитическим решением конкретных примеров, а также результатами моделирования и данными испытаний на реальном объекте.

Научная новизна.

В работе получены следующие новые научные результаты: предложен новый подход к автоматизации процесса электродуговой сварки магистральных трубопроводов, основанный на использовании дополнительной сварочной головки для получения информации о положении линии стыка; разработана математическая модель процесса, позволяющая объективно оценить динамику и особенности электродуговой сварки магистральных трубопроводов; разработана методика выбора амплитуды и частоты колебаний электрода с целью получения достоверной информации о положении стыка на фоне помех, присущих процессу электродуговой сварки магистральных трубопроводов; предложена оригинальная схема двухконтурной системы управления движением сварочного электрода силовой головки; разработана методика синтеза цифровых оптимальных систем управления сварочными головками на основе критерия максимального быстродействия.

Практическая ценность.

Прикладная значимость выполненных исследований определяется следующими полученными в диссертации результатами: предложен способ управления движением сварочного электрода для процесса сварки магистральных трубопроводов, позволяющий исключить из контура замкнутых автоматических систем ненадежные датчики положения линии стыка свариваемых труб; предложены простые в реализации структурные схемы автоматических систем управления, обеспечивающие высокую точность движения электрода вдоль линии стыка и позволяющие в конечном итоге повысить качество сварочного шва и производительность сварочной установки, а также получить экономию затрат энергии и сварочных материалов за счет исключения необходимости дополнительной сварки непроваренных швов; предложена инженерная методика синтеза оптимальных систем управления на основе критерия максимального быстродействия, доведенная до программной реализации. Реализация результатов работы.

Разработанные принципы построения автоматических систем и методики их расчета прошли испытания в ОАО «Центргаз» (г. Тула) на установке для сварки «плетей» магистральных газопроводов. Испытания подтвердили их работоспособность и эффективность использования в реальных условиях. Апробация работы.

Основные результаты, полученные в работе докладывались: на 6-й Международной школе молодых ученых по автоматическому управлению. Санкт-Петербург, Литмо, май, 1998. на 2-й Всероссийской научно-технической конференции по компьютерным технологиям в соединениях материалов. Тула: ТулГУ, июнь, 1998. на 1-й Всероссийской научно-технической конференции по компьютерным технологиям в науке, проектировании и производстве. Нижний Новгород: НГТУ, май, 1999. на Всероссийской молодежной научной конференции "XXV Гагаринские чтения", Москва, 1999. на 5-й Всероссийской научно-технической конференции по методам и средствам измерения физических величин. Нижний Новгород: НГТУ, 2000.

- на научно-технических конференциях Тульского государственного университета в 1996-2000.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, среди которых 2 патента на изобретение.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ. I

1. Проведен анализ процесса сварки магистральных трубопроводов как объекта автоматического управления, на основе которого предложен новый подход к его автоматизации, ;состоящий в получении информации о положении линии стыка свариваемых труб посредством дополнительной сварочной головки и позволяющий повысить качество и прочность сварочного соединения.

2. Разработана математическая модель процесса сварки магистральных трубопроводов, дающая возможность провести исследования его динамических характеристик и получить аналитические зависимости и соотношения, необходимые для проектирования системы управления.

3. Разработана обобщенная структура системы управления процессом сварки и получено математическое описание ее звеньев.

4. Предложена методика синтеза цифровых оптимальных по быстродействию законов управления сварочными головками, учитывающая возможные запаздывания в системе и использующая для упреждения вектора состояния лишь текущие и прошлые координаты состояния объекта.

5. Разработана методика выбора тока, напряжения и амплитуды колебаний электрода с целью формирования достоверного сигнала управления на фоне значительных помех, характерных для процесса электродуговой сварки магистральных трубопроводов.

6. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение предложенных методов расчета и процедур исследований. У

7. Осуществлена реализация предложенной системы управления на базе однокристальных ЭВМ и проведены её испытания в производственных условиях.

8. Результаты диссертационной работы приняты к внедрению на предприятии ОАО «Центргаз» (г. Тула).

1. Алекин Л.Е. Полная структурная схема дугового автомата типа АРДС //Тр./МВТУ. М, 1970. - т. 136. - с. 67-117.

2. Алексеев Ю.Э., Кушнарев JI.H. Оборудование для дуговой сварки под флюсом / Л.: Энергия. 1977. - 128 с.

3. Антосяк В.Г., Мельник A.A. Передаточная функция дуги постоянного тока при малых отклонениях тока и напряжения // Автомат.сварка. 1983. -N12. - с.21-24,32.

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

5. Ю.Бендат Дж., Пирсл А. Измерение и анализ случайных процессов / Пер. с англ. Г.В. Матушевского. М.: Мир, 1974. —¡464 с.

6. Блок адаптации сварочного робота к линии соединения деталей// Карпов B.C., Мазуров В.М., Панарин В.М. -Информ. листок ВДНХ. Москва, 1986. -2с.

7. Бухаров В.А. Разработка моделей управления дуговой сваркой в защитных газах // Сварочное производство, 1997, N2, С. 15-18.

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

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

10. Гладков Э.А., Малолетков A.B., 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, с.76-78.

11. Гладков Э.А., Перковский P.A., Малолетков A.B. Компьютерно-телевизионный комплекс для управления и прогнозирования качества сварки // Сварочное производство, 1997, N7, с. 17-20.

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

13. Дуговая сварка неповоротных стыков магистральных газопроводов// И.К.Походня, М.З.Шейкин, В.Мшлеаков. М.: Недра. 1987. - 190 с.

14. Дуговая сварка стальных трубных конструкций// И.А.Шмелева, М.З.Шейкин, И.В.Михайлов, Э.В.Островский. Щ.: Машиностроение. -1986.-229 с.

15. Дюргеров Г.Н. Оборудование для импульсной дуговой сварки плавящимся электродом / М.: Энергоатомиздат. 1.985. - 80 с.

16. Дятлов В.И. Новый принцип построения сварочных автоматов // Вестн. машиностроения. 1943. - N9. - с.9-10.

17. Заявка 2645788 ФРГ, МКИ3 В 23 К 9/10. Mechanisierte schweisanlage / P.Hirsch, F.J.King (ФРГ). NP.2611377.9; Заявлено 09.10.76; Опубл. 13.04.78. -9 с.

18. Карпинец И.Ф. Математическая модель плавления электродной проволоки при дуговой сварке // Автоматическая сварка, 1995, N10, с.39-43.

19. 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.

20. Карпов B.C., Мазуров В.М., Панарин В.М. Системы автоматического управления положением сварочной головки // Монография. Тула, 1999. -С.120.

21. 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.

22. Карпов B.C., Панарин В.М. Синтез квазиоптимальных по быстродействию регуляторов для типовых промышленных объектов с запаздыванием // Изв. вузов. Электромеханика. 1984. - N2. - С.52-57.

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

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

25. Кондратьев В.В., Малинник А.П. Синтез оптимальной дискретной системы управлении при наличии запаздывания по управлению // Радиофизика. 1972. №11. С. 1658-1663.

26. Кривонос В.П., Ткаченко И.Г., Горабачев Б. Л. и др. Статистическая модель тока при сварке непрерывным оплавлением // Автомат, сварка. -1983. N7. - с.30-34.

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

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

29. Лебедев A.B. Структурная схема процесса саморегулирования дуги с учетом тепловыделения в вылете электрода // Автомат, сварка. 1985. -N9. - с.29-32.

30. Лебедев A.B., Супрун С.А. Эффективность стабилизации среднего значения тока при полуавтоматической сварке//Автомат.сварка. -1978. -N10.-с.37-41.

31. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. М.: Машиностроение, 1970. -335с.

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

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

34. Мазуров В.М., Карпов B.C., Панарин В.М. и др. Система автоматического слежения за стыком при использовании дуги в качестве чувствительного элемента // Свароч. пр-во 1984. - N2. - С.28-29.

35. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: в 2-х томах/ пер. с франц. Под ред. Н.Г. Волкова. М.:Мир, 1983.-T.2.-256 с.

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

37. Нортон П., Уилтон P. IBM PC и PS/2. Руководство по программированию.: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1994. - 336с.

38. Павлов A.A. Динамика быстродействующих релейных сервомеханизмов с запаздыванием // Техническая кибернетика. 1963. №1. С. 172-180.

39. Панарин В.М., Карпов B.C. Синтез квазиоптимальных по быстродействию системы управления положением сварочной головки относительно стыка // Автомат. Системы оптимал. упр. технол. процессами. Тула, 1985. -С.94-102.

40. Панарин В.М., Карпов B.C., Соколовский Р.В., Помелов Д.С. Устройство автоматического управления положением сварочной головки. Патент на изобретение № 2147270 от 10.04.2000.

41. Паничкин H.A. DC/DC конверторы фирмы "BURR-BROWN". -"Электронные компоненты". 1997. № 1 -2, с. 21 -23.

42. Пат. N4491718 США, МКИ3 В 23 К 9/12. Template-matching adaptive control system for welding / G.E.Cook, A.M. Wells (США); CRC Welding Systems Inc. (США). N 380222; Заявлено 20.05.82; Опубл. 01.01.85; НКИ 219-125.12.-32с.

43. Пат. N4495400 США, МКИ3 В 23 К 9/12. Method and apparatus for positioning a welding torch in automatic electric welding / F.M. Thompson (США); Crutcher Resources Corporation(CIIIA). N 371737; Заявлено 26.04.82; Опубл. 22.01.85; НКИ 219-125.12. - 18 с.

44. Патон Б.Е. Проблемы комплексной автоматизации сварочного производства // Автомат, сварка. 1981. - N1. - с. 1-6.

45. Патон Б.Е., Бельфор М.Г., Вернадский В.Н. и др. Анализ структуры производства сварных конструкций в промышленности СССР // Автомат, сварка. 1983.-N11.-с.1-12.

46. Патон Б.Е., Лебедев В.К. Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки. М.: Машиностроение, 1966. - 359 с.

47. Патон Б.Е., Спыну Г.А., Киселевский Ф.Н. и др. Роботы в сварке // Сварка и спец. электрометаллургия. Киев: Наукова думка, 1984. - с.228-243.

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

49. Роботизированная система NKK-NACHI для сварки дугой, вращающейся с большой скоростью. Weld. Technol. 1990. - 38, №12. - с.93-97.

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

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

52. Сергацкий Г.И., Родичев С.Н. Исследование систем автоматического копирования с запаздыванием // Автомат, сварка. 1982. - N6. - с.37-41.

53. Система управления сваркой. Заявка 441077 Япония, МКИ5 В 23 К 9/095/ Хирано Осаку, Сасана Такахару, Умэ Казума, Идзуто Кодзо, Тэрио Сейти, Никкон Конай К.К. №2-148483.

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

55. Справочник по активным фильтрам / Д.Джонсон, Дж. Джонсон, Г. Мур. Пер. с англ. М.Н. Микшиса. Под ред. И.Н. Теплюка. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 128 с.

56. Судник В.А., Иванов A.B. Математическая и компьютерная модели источника теплоты при МАГ-сварке в газовых смесях // САПР и экспертные системы в сварке. Тула: Известия ТулГТУ, 1995, с. 108-118.

57. Судник В.А., Иванов A.B. Математическая модель источника теплоты при дуговой сварке плавящимся электродом в смеси защитных газов. Часть 1. Нормальный процесс / Сварочное производство, 1998, N9, с.3-9.

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

59. Сутырин Г.В. Низкочастотная вибрационная обработка сварочной ванны как путь улучшения комплекса свойств сварных соединений // Упр. свароч. процессами. Тула: ТПИ, 1980. - с. 30-34.

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

61. Технология слежения в процессе контроля процесса сварки. 1. Принцип действия и применение дуги в качестве сенсора Araya Takeshi: 1991, №2. -с.127-132.

62. Тимченко B.A., Усик Н.И., Долиненко В.К. и др. Применение средств телевизионной техники для наведения сварочного инструмента на линию соединения // Сварочн. пр-во. -1981. N2. - с.24-26.

63. Тимченко В.А., Чацкие Л.Г., Секало H.H. Индукционные датчики положения изделия и их применении в производстве сварных конструкций // Автомат, сварка. 1984. - N8. - с.60-67.

64. Трефилов В.Ф., Коробко Г.И., Култыгин Ю.И. Датчик стыка на основе магнитного управления дугой // Сварочн. пр-во. 1985. - N6. - с.24-25.

65. 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.

66. Трофимов Н.М. Процесс электрошлаковой сварки как объект регулирования подачей электрода и напряжением источника питания //1 Сварочн. пр-во. 1984. - N11. - с.8-10. I

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

68. Устройство для слежения за линией сварки. Заявка 484675 Япония, МКИ5 В 23 К 9/127 №2 - 196502.

69. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 320 с.

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

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

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

73. Хьюпеман Л.П., Ален Ф.Е. Введение в теорию и расчет активных фильтров / Пер. с англ. H.H. Слепцова. Под ред. A.B. Знаменского. М.: Радио и связь, 1984. - 384 с.

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

75. Чвертко А.И. Основы рационального проектирования оорудования для автоматической и механизированной электрической сварки и напрлавки /Киев: Наук, думка. 1988. - 240 с.

76. Шило В.JI. Популярные цифровые микросхемы, справочник.: М.: Радио связь,| 1989.-352 с.

77. Штрикман М.М., Павлов А.С. Кристаллизация шва при сварке по щелевому зазору с поперечными колебаниями электрода // Автомат, сварка. 1993. - N6. - с.56-58.

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

79. Ялышков Г.Ф. Сварка и монтаж трубопроводов и полимерных материалов /М.: Стройиздат. 1990.-223 с.

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

81. Adaptive control of torch position with arc sensor /Orsraph Peter, Sencak Vladimir Bratislava: Weld.Res.Inst.1990. - 20 с. Ил. (11W DOC.№ SG 212763-00).

82. Adaptive positional system VUZ-MAGAPS /Sencak Vladimir, Orszagf Peter//Zvorac, Bratislava. 1990. - 40, №4. - c.86-96.

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

84. Automatic copying method for a Welding torch in an arc Welding robot: Пат. 5066848 США, МКИ5 В 23 К 9/127/Nishikawa Seigo, Okomora Shiji,

85. Amano Tadayuki, Hata Kazutoshi; K.K.Yaskawa Denkiselsa Kusho, Kukuoka. -№514553.,

86. Automatic groove tracing method for an arc. Welding robot: Пат. 4937426, США, МКИ5 В 23 К 9/127/ Nishikawa Seigo, Okumura Shinji, Amano Tadayuki, Hata Kazutoshi; K.K.Yaskawa Benki Seikakusho. №291304.

87. Automatic welding robots and their ability. Pt.2. Horizontal position welding: Wannu. Assem.Montreal.l990./Karube Masahiko, Nagano: Tadao, Yamobo Kiyoshi, Yokogama. Shigekoru: Nagano ets. 1990.

88. Automatisches schweisnacht fugenabtastgerat hat sich bewahrt. // Ind. Arr. - 1979. - 101.-N32.-S.58.

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

90. Control apparatus for tracing a Weld line in a Welding apparatus and control method threfor: Пат. 5130514 США, МКИ5 В 23 К 9/127/ Kuyai Katsuy, Yamamobo Hideyuki, Niimura Yuusuke, Balnew Corp., №520711.

91. Controller improves weld quality on aerospace engine parts.//Weld.r. 1990. -69. №8. c.73.

92. Cook G.E. Feedback and adaptive control in automatic arc welding systems //Metal Construction. 1981. - N9. - P.551 - 556.

93. Cook G.E. Robotic arc welding: research in sensory feedback control. // IEEE Trans "Ind. Electron". 1983. Vol.30. - N3. - P.252-268.

94. Desoer C.A., Polak E., Wing J. Theory of minimal time discrete regulators // Automat. And Remote Control Theory, London, Butterworths, Munich, olden bound. 1964. P.135-140.

95. Desoer C.A., Wing J. A minimal time discrete system // IRE Trans. Automat. Control. 1961. Vol. A-6. May. P.lll-125.fi 7

96. Desoer C.A., Wing J. The minimal time discrete system // J. Franklin Inst. 1961. Vol. 272, N3. P.208-228. i

97. Drews P., Repenning J. Fugenstenerung beim Lichtbogenschweisen. Uder das Ausnutzen dynamischer Arbeitspunktbewegung zum Abtasten der Schweisfuge biem mechanisierten MIG/ und UP - Schweisen // Verbindungstechnik. - 1976. - 8. - N8 - 9. - S.35-39.

98. Drews P., Starke G., Wellms K. The current state of development of sensors for gas-shielded welding // Schueiss. und scheid. 1984. - N4. - E57-E60. P.162. - 172.

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

100. Fujimura H., Ide E., Inoue H. Development of weldtime tracking sensor for arc welding robot // Мицувиоси дзюко Тихо. 1983. - vol 20. - N6. p. 705711.

101. Fujita Y., Fujino H., Ichikawa A. Welding robots make progress in the shipyard // Welding and metal Fabrication. 1983. - vol.51. - N7. -P.377,379,381.

102. Fuller A.T. Optimal nonlinear control of systems with pure delay // Int. J. Control. 1968. - vol.8. - N2. - P.145-168.

103. High speed seam tracking // Weld. And Metal Fabr.- 1996.-64. N5.-p.208.

104. Hirch P., King F.J. Doppeldrahtelektiodenbrenner zum Verbessern der Einbrandverhaltnisse beim Wurrelschweisen mit Schneiden. 1977. - 28. - N1. - S.36-37.

105. Improved sensor for robot Welding//Svetsaren. 1990. №2. c.15.

106. Katcher P. Where welding's Going: More autation // Iron Age Metal work. -1983. N9. - P.27-30.

107. Kim B.K., Bicn Z. Desing of a time-optimal feedback controllen for systems with delay in control // IEEE Trans.Ind., Electron and Control Instrum/ 1981,. Vol.28, Nl.P.28-36.

108. Leading the way on robot weld guidance // Industrialrobot 1983. - vol.10 -N2. - PI04-107. i

109. Linear seam Welder clelivered//Weld.Rev. 1990. - 9 №3. - c.149.

110. Ludyk G. Zeitoptimale Abtastsysteme mit Beschränkung der stellgro Be // Regelungstehnik, 1968. Bdl6, N8. S.344-352.

111. Panarin V.M. A two-channel system for joint tracking with adaptation for edge preparation//Welding International, 1999, №13(2). -P. 155-158.

112. ProzeBorientierte SchweiBkopffuhrungssysteme fur clas automatische MAG Schweißen von Dünnblechen/Eichhorn F., Borowka J., Habedank G.//DVS -Ber, 1989. - 89. - c.88-101.

113. ProzeBorientierte SchweiBkopffuhrungssysteme fur clas automatische

114. MAG Schweißen von Dünnblechen/Eichhorn F., Borowka J., Habedank G.//DVS-Ber, 1989. - 89. - c.88-101.

115. Prozeborientiertes Schweibuopfflih-rungssystem für clas Metall-Shutzgas-Rzugspaltschweiben /Eichhorn Friedrich, Borowka Jzgen//Schweiss.und Schneid. 1990. -№11- c.564-567.

116. Pulse arc discharge Welding apparatus: Пат. 4994646 США, МКИ5 В 23 К 9/09/Tabut Yochiro Uiguri Shigeo, Ueda Yoshihiro; Mitsubishi KK. -№353430; заяв.18.05.89; опуб. 19.02.91; Приор. 19.05.88, №63 122508 (Япония); НКИ 219/130.51.1%Э

117. Quality et productivité en soudage robotise: La role cles capteurs/ Franzen Anders, Back Bjoru// Ind.+Techn.: Rev.techn.suisse. 1992. - №6. с. 17, 19, 21. i

118. Ryan E.P. Time Optimal feedback control of certain fourth-order systems // Int.J.Control. 1977. - vol.26. - N5. - P.675-688.

119. Schaltungsanorchung eines parameter anabhanging: Пат.288119 ГДР, МКИ5 В 23 К9/10, В 23 К 9/12/Faber Willried, Lendenan Bietei; Zentralinstitut fur Schweißtechnik der BBR. №3332300.

120. Schraft R.D.', Crik M. Schweissen mit Industrierobotern // Z.Scheisstech. -1982. 72. - N9. - S.279-286.

121. Staffer R.N. Update on noncontact seam tracking systems // Roboties Today. 1983.-vol.5.-N4.-P.29-34.

122. 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.

123. Sudnik V.A., Rubakov A.S. Calculation and experimental model of the moving arc of a nonconsumable electrode in argon // Weld. Int. 1992. N4. P.301-304.

124. Verfahren zum Verfolgen VON Schweibnahten, Пат.291716 ГДР , МКИ5 В 23 К9/12/ Fiecher О. , Wild W., Kupfer G.Luschtinetz , Kruse K., Soppa M.; VEB Schiffswerft "Neptun", Wilhem Pieck-Univesitat. VEB Datenverarbeitunyszentrum Rostock. - №3374648.

125. Wall W.A., Yost V.H. Welding skate with computerised torch angle and weldind speed control // Welding J. 1966. - vol.45. - N10. - P.824-834.

126. Yagishita Sh., Kanda M. Arc welding robot Systems for large steel constructions // IEEE Trans. Ind. Electron. 1983. vol.30. - N3. - P.269-276.90i9(