【摘 要】
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差厚板材料凭借其保证强度同时实现减重的特点,在汽车轻量化方面受到了广泛的关注。激光焊接技术因为其高精高效等优势是差厚板连接的理想方法,且焊缝熔深是决定焊接质量的关键因素之一,因此开展差厚板激光焊接熔深控制的研究具有很大的意义。但是激光焊接熔深难以建立精确的数学模型,在焊接过程中也无法直接进行实时检测,再加之材料厚度变化对熔透性的影响,因此实现差厚板激光焊接熔深的自适应闭环控制有着极大的难度。本文首
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差厚板材料凭借其保证强度同时实现减重的特点,在汽车轻量化方面受到了广泛的关注。激光焊接技术因为其高精高效等优势是差厚板连接的理想方法,且焊缝熔深是决定焊接质量的关键因素之一,因此开展差厚板激光焊接熔深控制的研究具有很大的意义。但是激光焊接熔深难以建立精确的数学模型,在焊接过程中也无法直接进行实时检测,再加之材料厚度变化对熔透性的影响,因此实现差厚板激光焊接熔深的自适应闭环控制有着极大的难度。本文首先搭建了激光焊接实验平台,通过焊接功率阶跃输入对三种厚度规格的等厚板进行焊接实验,焊后对焊缝进行工业CT扫描以获得的熔宽与熔深的响应曲线。基于实验获得的数据,通过系统辨识技术得到较为精确的熔深动态模型,为实现高精度控制奠定了基础,采用回归分析方法建立熔宽-熔深的相关性静态模型,为实现熔深反馈控制策略在实际工业中的应用提供了可行性依据。为了能够自适应差厚板板材厚度变化进行熔深控制,本文提出一种模糊切换控制系统。首先基于已建立模型,针对三种典型工况设计对应的PID子控制器,仿真结果表明其可以显著地提升熔深的控制精度,能够满足各自工况下的控制要求。然后又设计了用于切换的模糊控制器,并构建系统的Simulink仿真模型。最后通过仿真结果证明,本文设计的模糊切换控制系统可以实现对差厚板激光焊接熔深的平滑控制,与常规的基于阈值切换控制系统比较具有更好的控制效果。
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