專利名稱：電子差速式自動跟蹤焊接小車的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于自動跟蹤焊接小車的電子差速式驅(qū)動裝置。
背景技術：
焊接過程中，除要求焊矩實時跟蹤焊縫外，還應保證焊炬沿焊縫切線速度不變，以穩(wěn)定焊接規(guī)范。對自動跟蹤焊接小車的要求，除了能實現(xiàn)一般的直線行走外，還要能根據(jù)焊縫偏轉情況適時調(diào)整車輪的速度，并且應保持一定的比例關系。
目前，對雙輪驅(qū)動的焊接小車來說，實現(xiàn)這些功能的方法有限位控制轉彎法、數(shù)學模型法、實時調(diào)節(jié)轉彎半徑法和模糊控制法。限位控制轉彎法的原理是當水平跟蹤滑塊到達特定的位置時，控制焊接小車以固定的半徑按相應的方向轉彎；數(shù)學模型法是根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)算出焊道軌跡，控制焊接小車的運動；實時調(diào)節(jié)轉彎半徑法的原理是控制系統(tǒng)以固定的頻率對反應焊縫軌跡與焊接小車位置關系的模型參數(shù)進行檢測分析，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)滑塊的位置及動作趨勢，判斷當前焊縫與焊接小車的相對位置關系，進而確定焊接小車轉彎程度的變化。
上述四種方法中，限位控制轉彎法和數(shù)學模型法調(diào)整周期長且不固定，跟蹤的準確性不易保證；實時調(diào)節(jié)轉彎半徑法雖然誤差稍小，但運算工作量較大，實現(xiàn)比較復雜，也不適應于焊縫自動跟蹤。針對以上矛盾，我們采用單片機和外部硬件電路，結合PWM控制技術，設計了一種電子差速器，它能根據(jù)焊縫偏差信息，適時調(diào)整左右兩車輪車速以實現(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跟蹤焊接小車的控制方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是它包括由左右兩輪驅(qū)動的焊接小車，焊接小車的左右兩驅(qū)動輪分別由步進電機驅(qū)動，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)動輪的步進電機。所述差速控制器由D/A芯片輸出焊縫偏差信號。所述焊接小車采用無導軌雙后輪驅(qū)動焊接小車。所述差速控制器由MCS-51系列單片機或196系列單片機構成。所述差速配比器由電子開關構成的選擇電路接兩路運算放大器構成的運算比較電路接運算放大器構成的放大電路的輸出端接PWM電路。
本發(fā)明通過采用單片機對表征焊炬與焊縫相對位置的特性參數(shù)進行軟件處理，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行比較運算，實現(xiàn)對左右車輪的速度重新分配，以保證小車轉彎和直線行走時按偏差信息輸出受控電壓信號，采用PWM電路，根據(jù)差速配比器輸出的電壓信號輸出相應的脈沖矩形波，從而對兩驅(qū)動輪車速進行優(yōu)化匹配，使得焊接小車的焊縫跟蹤過程控制系統(tǒng)結構簡單，控制精度高。它主要解決了現(xiàn)有焊接小車自動跟蹤時，控制系統(tǒng)結構復雜、控制精度低、成本較高等技術問題。實際焊接工藝試驗證明焊接小車跟蹤效果好，運行穩(wěn)定可靠，實用性強。


圖1是本發(fā)明的基本結構示意圖。
圖2是本發(fā)明的差速分配器的電路原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明包括由左右兩輪驅(qū)動的焊接小車，焊接小車的左右兩驅(qū)動輪分別由步進電機驅(qū)動，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)動輪的步進電機，所述焊接小車可采用無導軌雙后輪驅(qū)動焊接小車。其基本結構可分為3個部分差速控制器，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式電弧傳感器。現(xiàn)參閱圖1詳細說明本裝置的工作原理差速控制器可采用由CPU為89C51的單片計算機構成。它對電弧傳感器采樣所得的電流信號進行軟件處理，得出焊縫偏差信號，包括焊縫的偏折方向及偏折的大小。通過P1.4、P1.5兩個端口控制小車是否轉彎及轉向P1.4控制小車是否需要轉彎，P1.5則控制轉彎時的方向。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大小成線性關系的電壓U偏，即U偏＝k0(θ)。
當焊縫偏差信號在一定范圍內(nèi)時，P1.4置高電平，U偏無輸出，小車直線前行；當焊縫偏差信號大于該設定范圍時，P1.4置低電平，U偏可以輸出給差速配比器；同時P1.5輸出高低電平用以控制小車轉彎的方向。
差速配比器(參考附圖2)根據(jù)單片機輸出的P1.4，P1.5及U偏的信號，輸出焊接小車不同行走狀態(tài)的電壓信號，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在P1.4、P1.5高低電平的控制下，經(jīng)電子開關IC1使差速控制器D/A的輸出電壓U偏無法到達運算放大器IC2，此時運放IC2的輸入信號為U01、U02，且U01＝U02，U01、U02為一定焊速下，焊接小車直線行走時的設定電壓值，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))左轉彎時小車兩輪的速度都應增加，我們采用在直線行走時的電壓信號的基礎上，按比例疊加D/A輸出的U偏。此時，在P1.4、P1.5控制下，U偏可以經(jīng)IC1到達IC2，并按比例分配到IC2的反向端，和直線行走時的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為左轉彎時偏差分配系數(shù)，其大小由電路參數(shù)確定，且都可調(diào))
右轉彎時左右兩輪則需減速，在直線行走的基礎上按比例減去D/A輸出的U偏。在P1.4、P1.5控制下，U偏可以經(jīng)IC1到達IC2，并按比例分配到IC2的同向端，之后和左轉彎類似。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為右轉彎時偏差分配系數(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輸出相應的脈沖矩形波，控制左右輪步進電機的驅(qū)動模塊，使得左右輪的車速不同，從而完成小車的轉彎控制。
本發(fā)明通過采用單片機和差速配比器電路，結合PWM控制技術，由單片機控制器實時輸出焊縫偏差信息，再通過差速配比器電路對兩驅(qū)動輪車速進行優(yōu)化匹配，適時調(diào)整左右兩車輪車速以實現(xiàn)焊縫跟蹤。使得焊接小車的焊縫跟蹤過程控制系統(tǒng)結構簡單，控制精度高，跟蹤效果好，運行穩(wěn)定可靠，實用性強。
權利要求
1.一種電子差速式自動跟蹤焊接小車的控制方法，它包括由左右兩輪驅(qū)動的焊接小車，焊接小車的左右兩驅(qū)動輪分別由步進電機驅(qū)動，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)動輪的步進電機。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子差速式自動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。
3.根據(jù)權利要求1所述的電子差速式自動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軌雙后輪驅(qū)動焊接小車。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的電子差速式自動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系列單片機或196系列單片機構成。
5.根據(jù)權利要求1所述的電子差速式自動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構成的選擇電路接兩路運算放大器構成的運算比較電路接運算放大器構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)有焊接小車自動跟蹤時，控制系統(tǒng)結構復雜、控制精度低、成本較高等技術問題。其技術方案要點是它包括由左右兩輪驅(qū)動的焊接小車，焊接小車的左右兩驅(qū)動輪分別由步進電機驅(qū)動，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)動輪的步進電機。它通過采用單片機和差速配比器電路，結合PWM控制技術，由單片機控制器實時輸出焊縫偏差信息，再通過差速配比器電路對兩驅(qū)動輪車速進行優(yōu)化匹配，適時調(diào)整左右兩車輪車速以實現(xiàn)焊縫跟蹤。使得焊接小車的焊縫跟蹤過程控制系統(tǒng)結構簡單，控制精度高，跟蹤效果好，運行穩(wěn)定可靠，實用性強。
文檔編號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