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電弧傳感焊縫偏差計(jì)算機(jī)仿真論文

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電弧傳感焊縫偏差計(jì)算機(jī)仿真論文

1電弧電流信號(hào)的數(shù)據(jù)檢測(cè)

該高速旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的頻率0~30Hz,掃描區(qū)域半徑0~3.5mm。本次實(shí)驗(yàn)選用25r/s的固定頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。實(shí)驗(yàn)表明,如果焊接工藝參數(shù)一定,設(shè)定水平偏差為變量,則在一個(gè)旋轉(zhuǎn)電弧圓周運(yùn)動(dòng)的周期內(nèi),電流的波形具有一定的規(guī)律性,通過(guò)電流波形的變化特點(diǎn)可以得到焊點(diǎn)的水平偏差的參數(shù)。但是在實(shí)際操作中,焊接作業(yè)很容易受到外界因素的影響,如熔池的震蕩、飛濺等,這樣獲得的電流信號(hào)就有了干擾因素,即使在偏差一定的情況下,檢測(cè)到的電流也不相同。所以為了減小這些因素的影響,將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)小波濾波后進(jìn)行歸一化處理。將采集到的不同周期內(nèi)的同一點(diǎn)的電流信號(hào)進(jìn)行縱向的平均值處理,取該均值為這點(diǎn)的電流信號(hào),這樣便減小了外界因素的影響。設(shè)定采樣頻率為104Hz,旋轉(zhuǎn)頻率為25r/s,則每個(gè)周期內(nèi)可以采集到416個(gè)點(diǎn)的信息,然后將各個(gè)點(diǎn)的電流信息進(jìn)行小波濾波、歸一化、均值處理后得到樣本波形保證結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則要求,采用不敏感損失函數(shù)ε,加入懲罰參數(shù)C和松弛變量ξ(*),ξ(*)=(ξ1,ξ1(*),ξ2,ξ2(*),…,ξb,ξb(*)),得到原始最優(yōu)化問(wèn)題minτ(W,ξ*)=12W2+C1l1i=1Σ(ξ1+ξ1*)(1)s.t.(Woxi+b)-yi≤ε+ξi,i=1,2,…,lyi-(Woxi+b)≤ε+ξi,i=1,2,…,lξi*≥0,i=1,2,…,l構(gòu)造拉格朗日函數(shù)進(jìn)行求解,最優(yōu)問(wèn)題以Wolfe對(duì)偶原則化作凸二次規(guī)劃問(wèn)題min121i,j=1Σ(αi*-αi)(αj*-αj)•K(xi,xj)+ε1i=1Σ(αi*+αi)-1i=1Σyi(αi*-αi)1i=1Σ(αi-αi*)=0αi≥0αi≤Cn變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)形式,得到最優(yōu)解α=(α1,α1*,…,αl,αl*)T根據(jù)α構(gòu)造出決策函數(shù)為(fx)=1i=1Σ(αi*-αi)K(xi,x)+b(3)式(3)為決策函數(shù)式,其支持向量為非零解所對(duì)應(yīng)的矢量。不敏感損失函數(shù)ε的選取可以用來(lái)調(diào)整回歸逼近的精確度。根據(jù)式(3)選取新的輸入?yún)?shù)便可得到一個(gè)精確的輸出參數(shù)。

2支持向量回歸機(jī)的實(shí)現(xiàn)

2.1支持向量回歸機(jī)的計(jì)算原理

設(shè)定輸入的訓(xùn)練樣本集為D={(xin,yk),k=1,2,3,…,l}式中xin∈Rn,yk∈R。通過(guò)訓(xùn)練樣本可以得到一個(gè)決策函數(shù),這樣通過(guò)訓(xùn)練樣本集之外的輸入?yún)?shù)x可以較為精確的計(jì)算到相應(yīng)的輸出參數(shù)y。際工程中可操作。提高焊縫跟蹤精度前(下)后(上)的焊縫形貌。

2.2構(gòu)造核函數(shù)運(yùn)用

支持向量回歸機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)必須構(gòu)建一個(gè)合適的核函數(shù),類型不同的核函數(shù)與之相對(duì)應(yīng)的支持相對(duì)應(yīng)的向量回歸機(jī)類型也不相同,一個(gè)合適的核函數(shù)直接決定了所構(gòu)造的支持向量回歸機(jī)的運(yùn)算性能。通過(guò)采集的數(shù)據(jù)信息的包角映射建立SVR核函數(shù),然后修正函數(shù),以提高核函數(shù)的回歸精度。構(gòu)造核函數(shù):設(shè)定一個(gè)標(biāo)量函數(shù)式F(x),F(xiàn)(x)≥0。令F(x)的最大值在支持向量處取得,最小值在支持向量以外點(diǎn)處取得,得到修正后的核函數(shù)K(x,x')=F(x)F(x')K(x,x')(4)令其標(biāo)量函數(shù)F(x)的最小值在支持向量處取得,最大值在其他以外點(diǎn)處取得。這樣修正后的核函數(shù)對(duì)支持向量回歸的精度有所提高。由于實(shí)際操作中支持向量一般都是不知道的,所以通常的初始核函數(shù)選為GAUSS核函數(shù)K(x,x')=exp(-x-x'22σ2)(5)式中σ為歸一化參數(shù)。通過(guò)式(5)可以得到初始的支持向量,將其帶入函數(shù)F(x)實(shí)現(xiàn)支持向量鄰域內(nèi)黎曼度規(guī)的減小。修正后的GAUSS核函數(shù)大大提高了回歸精度。在Matlab中編寫函數(shù)式M文件,其邏輯流程為:(1)讀取樣本數(shù)據(jù)集;(2)建立數(shù)據(jù)集矩陣;(3)構(gòu)建矩陣f,LB,UB;(4)計(jì)算初始核矩陣;(5)計(jì)算初始α值;(6)計(jì)算修正函數(shù);(7)計(jì)算各個(gè)最優(yōu)解α,將最后求的各個(gè)α值和變量值保存到MAD文件,然后編寫決策函數(shù)編碼通過(guò)調(diào)用MAD文件里的參數(shù)得出偏差值。

3仿真模擬

3.1水平偏差值

計(jì)算通過(guò)調(diào)用MATLAB中已經(jīng)編寫的M文件,得到的變量與函數(shù)值采用小波濾波、歸一化、均值化處理后得到一個(gè)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)集,使用已經(jīng)編寫好的決策函數(shù)文件計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的水平偏差,將其轉(zhuǎn)化為水平偏差值。

3.2高度偏差值

計(jì)算焊炬的高度與電弧的電流值具有一定的規(guī)律性。選取焊炬在某一不變的位置高度,得到該位置的電流值,將該電流值與電流均值做差值,則該差值和高度偏差值具有線性規(guī)律,在LABVIEW中通過(guò)函數(shù)公式的各節(jié)點(diǎn)可以推算出高度偏差值。

3.3焊縫跟蹤將LABVIEW

與機(jī)器人糾偏系統(tǒng)相聯(lián)結(jié),將水平偏差值與高度偏差值的實(shí)時(shí)參數(shù)傳送給機(jī)器人糾偏系統(tǒng),焊接機(jī)器人實(shí)時(shí)調(diào)整焊縫的路徑,這樣就實(shí)現(xiàn)焊縫焊接的實(shí)時(shí)跟蹤。

3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選取旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的掃描半徑為3mm,V型坡口,角度45°,取樣頻率104Hz,電弧旋轉(zhuǎn)頻率25r/s。在水平偏差不相同的條件下分別選取兩組數(shù)據(jù),第一組取采集試驗(yàn)結(jié)果12個(gè)數(shù)據(jù)訓(xùn)練支持向量回歸機(jī),第二組作為參考組,進(jìn)行偏差識(shí)別對(duì)比測(cè)試。使用該算法系統(tǒng)具有較小的偏差識(shí)別誤差,提高了系統(tǒng)的識(shí)別精度,在實(shí){st(2)α(*)∈R2lW∈R,ξ(*)∈R2I,b∈R。通過(guò)圖像能夠清楚地看到,進(jìn)行處理后的數(shù)據(jù)提高了系統(tǒng)的精度和實(shí)時(shí)性。

4結(jié)論

在一定工藝參數(shù)下,焊炬的水平偏差和焊接電弧的電流大小在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)具有一定的規(guī)律性。通過(guò)采集LABVIEW焊接過(guò)程中的電弧電流信號(hào),將原始信號(hào)進(jìn)行小波濾波減少外界因素干擾,然后信號(hào)進(jìn)行歸一化、均值濾波處理,提高了數(shù)據(jù)精度。將處理后的數(shù)據(jù)在MATLAB中進(jìn)行支持向量回歸機(jī)的計(jì)算,通過(guò)修正核函數(shù)與決策函數(shù)的運(yùn)算處理最終得到偏差值。試驗(yàn)結(jié)果證明,采用這種算法進(jìn)行電弧傳感焊縫的偏差識(shí)別是可行的,提高焊縫識(shí)別精度約20%,完全滿足實(shí)際工程的需要。

作者:王霞 單位:江蘇師范大學(xué) 江蘇省泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院