專利名稱：電子差速式自動(dòng)跟蹤焊接小車的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于自動(dòng)跟蹤焊接小車的電子差速式驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
焊接過程中，除要求焊矩實(shí)時(shí)跟蹤焊縫外，還應(yīng)保證焊炬沿焊縫切線速度不變，以穩(wěn)定焊接規(guī)范。對自動(dòng)跟蹤焊接小車的要求，除了能實(shí)現(xiàn)一般的直線行走外，還要能根據(jù)焊縫偏轉(zhuǎn)情況適時(shí)調(diào)整車輪的速度，并且應(yīng)保持一定的比例關(guān)系。
目前，對雙輪驅(qū)動(dòng)的焊接小車來說，實(shí)現(xiàn)這些功能的方法有限位控制轉(zhuǎn)彎法、數(shù)學(xué)模型法、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)彎半徑法和模糊控制法。限位控制轉(zhuǎn)彎法的原理是當(dāng)水平跟蹤滑塊到達(dá)特定的位置時(shí)，控制焊接小車以固定的半徑按相應(yīng)的方向轉(zhuǎn)彎；數(shù)學(xué)模型法是根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)算出焊道軌跡，控制焊接小車的運(yùn)動(dòng)；實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)彎半徑法的原理是控制系統(tǒng)以固定的頻率對反應(yīng)焊縫軌跡與焊接小車位置關(guān)系的模型參數(shù)進(jìn)行檢測分析，根據(jù)參數(shù)按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律確定轉(zhuǎn)彎半徑；模糊控制法的原理可描述為根據(jù)水平調(diào)節(jié)滑塊的位置及動(dòng)作趨勢，判斷當(dāng)前焊縫與焊接小車的相對位置關(guān)系，進(jìn)而確定焊接小車轉(zhuǎn)彎程度的變化。
上述四種方法中，限位控制轉(zhuǎn)彎法和數(shù)學(xué)模型法調(diào)整周期長且不固定，跟蹤的準(zhǔn)確性不易保證；實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)彎半徑法雖然誤差稍小，但運(yùn)算工作量較大，實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，也不適應(yīng)于焊縫自動(dòng)跟蹤。針對以上矛盾，我們采用單片機(jī)和外部硬件電路，結(jié)合PWM控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種電子差速器，它能根據(jù)焊縫偏差信息，適時(shí)調(diào)整左右兩車輪車速以實(shí)現(xiàn)跟蹤。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電路簡單、成本較低、靈敏度和精確度高、可靠性好的電子差速式自動(dòng)跟蹤焊接小車的控制方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是它包括由左右兩輪驅(qū)動(dòng)的焊接小車，焊接小車的左右兩驅(qū)動(dòng)輪分別由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其特征是與表征焊炬與焊縫相對位置特性的電弧傳感器相接的差速控制器接差速配比器接PWM電路，接焊接小車的左右兩驅(qū)動(dòng)輪的步進(jìn)電機(jī)。所述差速控制器由D/A芯片輸出焊縫偏差信號(hào)。所述焊接小車采用無導(dǎo)軌雙后輪驅(qū)動(dòng)焊接小車。所述差速控制器由MCS-51系列單片機(jī)或196系列單片機(jī)構(gòu)成。所述差速配比器由電子開關(guān)構(gòu)成的選擇電路接兩路運(yùn)算放大器構(gòu)成的運(yùn)算比較電路接運(yùn)算放大器構(gòu)成的放大電路的輸出端接PWM電路。
本發(fā)明通過采用單片機(jī)對表征焊炬與焊縫相對位置的特性參數(shù)進(jìn)行軟件處理，得出焊縫偏差信息，采用差速配比器電路對焊縫偏差信息進(jìn)行比較運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對左右車輪的速度重新分配，以保證小車轉(zhuǎn)彎和直線行走時(shí)按偏差信息輸出受控電壓信號(hào)，采用PWM電路，根據(jù)差速配比器輸出的電壓信號(hào)輸出相應(yīng)的脈沖矩形波，從而對兩驅(qū)動(dòng)輪車速進(jìn)行優(yōu)化匹配，使得焊接小車的焊縫跟蹤過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高。它主要解決了現(xiàn)有焊接小車自動(dòng)跟蹤時(shí)，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精度低、成本較高等技術(shù)問題。實(shí)際焊接工藝試驗(yàn)證明焊接小車跟蹤效果好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)。
圖1是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的差速分配器的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包括由左右兩輪驅(qū)動(dòng)的焊接小車，焊接小車的左右兩驅(qū)動(dòng)輪分別由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與表征焊炬與焊縫相對位置特性的傳感器相接的差速控制器接差速配比器接PWM電路，接焊接小車的左右兩驅(qū)動(dòng)輪的步進(jìn)電機(jī)，所述焊接小車可采用無導(dǎo)軌雙后輪驅(qū)動(dòng)焊接小車。其基本結(jié)構(gòu)可分為3個(gè)部分差速控制器，差速配比器和PWM產(chǎn)生電路。所述傳感器可采用電弧傳感器或擺動(dòng)式電弧傳感器?，F(xiàn)參閱圖1詳細(xì)說明本裝置的工作原理差速控制器可采用由CPU為89C51的單片計(jì)算機(jī)構(gòu)成。它對電弧傳感器采樣所得的電流信號(hào)進(jìn)行軟件處理，得出焊縫偏差信號(hào)，包括焊縫的偏折方向及偏折的大小。通過P1.4、P1.5兩個(gè)端口控制小車是否轉(zhuǎn)彎及轉(zhuǎn)向P1.4控制小車是否需要轉(zhuǎn)彎，P1.5則控制轉(zhuǎn)彎時(shí)的方向。其邏輯功能表如下
D/A輸出則采用通用的DAC0832芯片，它能輸出和焊縫偏角信號(hào)大小成線性關(guān)系的電壓U偏，即U偏＝k0(θ)。
當(dāng)焊縫偏差信號(hào)在一定范圍內(nèi)時(shí)，P1.4置高電平，U偏無輸出，小車直線前行；當(dāng)焊縫偏差信號(hào)大于該設(shè)定范圍時(shí)，P1.4置低電平，U偏可以輸出給差速配比器；同時(shí)P1.5輸出高低電平用以控制小車轉(zhuǎn)彎的方向。
差速配比器(參考附圖2)根據(jù)單片機(jī)輸出的P1.4，P1.5及U偏的信號(hào)，輸出焊接小車不同行走狀態(tài)的電壓信號(hào)，再經(jīng)過線性放大，輸出給PWM電路，其工作原理如下直線行走時(shí)在P1.4、P1.5高低電平的控制下，經(jīng)電子開關(guān)IC1使差速控制器D/A的輸出電壓U偏無法到達(dá)運(yùn)算放大器IC2，此時(shí)運(yùn)放IC2的輸入信號(hào)為U01、U02，且U01＝U02，U01、U02為一定焊速下，焊接小車直線行走時(shí)的設(shè)定電壓值，在經(jīng)線性放大器IC3放大后作為PWM電路的輸入。其傳遞函數(shù)如下左輪U3＝K2*U1＝K1*K2*U01右輪U4＝K2*U2＝K1*K2*U02(K1、K2分別為運(yùn)放IC1、IC2的傳遞系數(shù)，K1，K2的大小由電路參數(shù)確定，且K2可調(diào))左轉(zhuǎn)彎時(shí)小車兩輪的速度都應(yīng)增加，我們采用在直線行走時(shí)的電壓信號(hào)的基礎(chǔ)上，按比例疊加D/A輸出的U偏。此時(shí)，在P1.4、P1.5控制下，U偏可以經(jīng)IC1到達(dá)IC2，并按比例分配到IC2的反向端，和直線行走時(shí)的U01、U02作為IC2的輸入，再經(jīng)IC3放大后作為PWM電路的輸入。其傳遞函數(shù)如下左輪U3＝K2*U1＝K1*K2*(U01+K3U偏)右輪U4＝K2*U2＝K1*K2*(U01+K4U偏)(K3、K4為左轉(zhuǎn)彎時(shí)偏差分配系數(shù)，其大小由電路參數(shù)確定，且都可調(diào))
右轉(zhuǎn)彎時(shí)左右兩輪則需減速，在直線行走的基礎(chǔ)上按比例減去D/A輸出的U偏。在P1.4、P1.5控制下，U偏可以經(jīng)IC1到達(dá)IC2，并按比例分配到IC2的同向端，之后和左轉(zhuǎn)彎類似。其傳遞函數(shù)如下左輪U3＝K2*U1＝K1*K2*(U01-K5U偏)右輪U4＝K2*U2＝K1*K2*(U01-K6U偏)(K5，K6為右轉(zhuǎn)彎時(shí)偏差分配系數(shù)，其大小由電路參數(shù)確定，且都可調(diào))PWM電路則根據(jù)差速配比器輸出的電壓信號(hào)輸出相應(yīng)的脈沖矩形波，控制左右輪步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊，使得左右輪的車速不同，從而完成小車的轉(zhuǎn)彎控制。
本發(fā)明通過采用單片機(jī)和差速配比器電路，結(jié)合PWM控制技術(shù)，由單片機(jī)控制器實(shí)時(shí)輸出焊縫偏差信息，再通過差速配比器電路對兩驅(qū)動(dòng)輪車速進(jìn)行優(yōu)化匹配，適時(shí)調(diào)整左右兩車輪車速以實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤。使得焊接小車的焊縫跟蹤過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高，跟蹤效果好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種電子差速式自動(dòng)跟蹤焊接小車的控制方法，它包括由左右兩輪驅(qū)動(dòng)的焊接小車，焊接小車的左右兩驅(qū)動(dòng)輪分別由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其特征是與表征焊炬與焊縫相對位置特性的電弧傳感器相接的差速控制器接差速配比器接PWM電路，接焊接小車的左右兩驅(qū)動(dòng)輪的步進(jìn)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子差速式自動(dòng)跟蹤焊接小車的控制方法，其特征是所述差速控制器由D/A芯片輸出焊縫偏差信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子差速式自動(dòng)跟蹤焊接小車的控制方法，其特征是所述焊接小車采用無導(dǎo)軌雙后輪驅(qū)動(dòng)焊接小車。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電子差速式自動(dòng)跟蹤焊接小車的控制方法，其特征是所述差速控制器由MCS-51系列單片機(jī)或196系列單片機(jī)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子差速式自動(dòng)跟蹤焊接小車的控制方法，其特征是所述差速配比器由電子開關(guān)構(gòu)成的選擇電路接兩路運(yùn)算放大器構(gòu)成的運(yùn)算比較電路接運(yùn)算放大器構(gòu)成的放大電路的輸出端接PWM電路。
全文摘要
一種電子差速式自動(dòng)跟蹤焊接小車的控制方法。它主要是解決現(xiàn)有焊接小車自動(dòng)跟蹤時(shí)，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精度低、成本較高等技術(shù)問題。其技術(shù)方案要點(diǎn)是它包括由左右兩輪驅(qū)動(dòng)的焊接小車，焊接小車的左右兩驅(qū)動(dòng)輪分別由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與表征焊炬與焊縫相對位置特性的傳感器相接的差速控制器接差速配比器接PWM電路，接焊接小車的左右兩驅(qū)動(dòng)輪的步進(jìn)電機(jī)。它通過采用單片機(jī)和差速配比器電路，結(jié)合PWM控制技術(shù)，由單片機(jī)控制器實(shí)時(shí)輸出焊縫偏差信息，再通過差速配比器電路對兩驅(qū)動(dòng)輪車速進(jìn)行優(yōu)化匹配，適時(shí)調(diào)整左右兩車輪車速以實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤。使得焊接小車的焊縫跟蹤過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高，跟蹤效果好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)B23K37/00GK1647886SQ20041002300
公開日2005年8月3日 申請日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者洪波, 屈岳波, 袁燦, 尹懿, 黃 俊 申請人:湘潭大學(xué)