ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHÓ HỎ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYEN THÀNH LUAN NGHIEN CUU DIEU KHIEN DO THEO DUONG HAN SU DUNG CAM BIEN HAN HO QUANG QUAY Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Mã số: 10391065 Tp. HCM, Tháng 06/2012 ii LOIC MON Luận văn này hoàn thành, trước hết em xin bay tỏ lòng biết on đối với thay Nguyễn Tan Tiến, người thay đã hướng dẫn cho em thực hiện phan lớn luận văn này, chi cho em phương pháp nghiên cứu, cung cấp rất nhiều tài liệu nghiên cứu quý giá, và tạo điêu kiện làm việc hêt sức thuận lợi đề em hoàn thành luận văn này. Em xin cảm ơn thay Phan Tan Tùng, thay Nguyễn Văn Giáp, thay Trần Thiên Ph c, thay B iTr ng Hiếu, thay Chung Tan Lâm, thay Từ Diệp Công Thanh, thay Doan Thế Thao, thay Phạm C ng B ng, thay V Tường Qu n,c ng u thay cô ở b6 m n Co điện tử, khoa Cơ khí, và toàn thé thay cô ở trường Dai h c Bach khoa TP.HCM, những người đã tận tình, ân cân dạy bảo em trong suôt những năm h c vừa qua. Con xin cảm ơn ba mẹ, cảm ơn gia đình đã lu n uan t m và ủng hộ.
Cuôi cùng, tôi xin cảm ơn tất cả những người bạn đã góp phần giúp tôi hoàn thành luận văn này. TPHCM, ngày 15 tháng 06 năm 2012 Nguyễn Thành Luân lil T MT TLU N VAN Bài toán dò đường han b ng cảm biến hàn hồ quang quay dựa trên co sở hiện tượng biến đối cường độ dòng điện hàn khi đầu hàn vừa quay vừa di chuyển bám theo rãnh hàn. Khi đầu hàn quay trong mối hàn rãnh chữ “V”, dựa vào giá trị cường độ dòng điện hỗ quang theo từng chu kỳ ta xác định được hướng lệch và độ lệch của đầu hàn so với tâm rãnh hàn theo thời gian thực. Ð y là cơ sở cho bài toán điều khiến đầu hàn bám theo rãnh hàn.
Có nhiều giải thuật điều khiến có thể áp dụng để điều chỉnh đầu hàn bám theo rãnh hàn áp dụng cảm biến hàn hỗ uang uay như điều khiến mờ, điều khiến neural network, hệ điều khiến thích nghi, hệ lai giữa neural network và fuzzy.Luận văn này tập trung nghiên cứu áp dụng điều khiến fuzzy - PID vào bài toán bám đường hàn sử dụng cảm biến hồ quang quay. ABSTRACT This thesis presents a rotating arc sensor model using fuzzy logic controller to control a 2D table with two DC motors and two ball screws that carries a welding torch during the process of automatic seam tracking of arc welding. Input data of the controller is the deviation of average currents between the two half-cycles of current corresponding two half-cycles rotating of the torch on the left and the right of centerline of the welding track. The scaling factors and control variables of the fuzzy logic controller were determined by simulated experiments and proven by actual experiments.
The controller was comprised of a regression model, expressing the relationship between the average current deviation and offset distance through weaving experiments. Finally, the direction and and the speed of motors are calculated. IV LOI CAM DOAN T 1 xin cam đoan luận văn nay do t 1 thực hiện với su hướng dẫn của thay hướng dẫn, các phan trích đã có ghi ch tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nêu có bat cứ gian đôi nào xảy ra trong luận văn.
Nguyễn Thành Luân MCL C 1 TONG QUAN.G- G1912 91 919111 g1 11g HH ng TH TT HH ng cọ | 1. G2 1S E121 9193 11 TH TH TT Hưng set | 1.1 Hàn hỗ quang nóng chảy trong m i trường khí bảo vệ .2 Các loại cảm biến hần.- G1519 51 9193191 E1 1T kg ng kg rkp 3 1.2 TINH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VUC DE TÀI.-- -«- 7 2 _ BÀI TOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHI N CỨU.11 Nguyên] cảm biến han h6 uang uay.2 Mục tiêu bài toán oo.2 PHƯƠNG PHÁP NGHI N CỨU.---- 5-2 5252 2 E222 E2 ESE£EEEEczrsereei 12 3 MÔ HÌNH HÓA VÀ GI ITHU_ T DIEU KHIỂN .SẶ SG SG E222 S S131 1H11 He 13 3.2 M PH NGCƯỜNG DO D NG HÀN.- c2 5c St 122 vs secei l6 3.3 DE XUẤTGI ITHU T DIEU KHIẾN.1 Xác định độ lệch cường độ dòng và hướng lệch của đầu hàn.2 Giải thuật điều khiỂn.- G12 91111 1E 21 ng kg nọ 20 3. Mô phỏng quá trình hàn dùng giải thuật điểu khiển mờ. 25 4 XA DỰNGM_ H NH THỰC NGHIỆM.- 2 2 + + EE*Ese£+e£se£sesxe 29 4.1 TÔNGQUANM_ H NH THỰC NGHIEM .2 C MBIEN ĐO DONG VÀ NGUON ĐIỆN HÀN.1 Cảm biến Hall.-- c1 1 121 1 111111111 51111111010 111010111 8111111 Hrrrệg 31 43 CƠ CÂU QUA Ð U HAN Liiiicciccccccceccscesescesescscsscssscsestssssesvscssestsseess 31 VỊ 44 HỆ THÔNG DICHU ENV TRID U HAN .1 Kiểm nghiệm độ bên trục d c.2 Kiểm nghiệm độ bên trục ngang.--¿-¿ ¿5+ +++s+2+E2e2E£eczxersrrereee 36 45 TONG THEM H NH CƠ KHHÍ.6 MẠCH ĐIỆN DIEU KHIỂN .1 Khối mạch nguÖn.--- - +22 +E 2E +E SE SE EE#EEEEEEEEEEESESEEEEErkrkrrrrrrveo 4 4.2 Khối driver điều khiến động €Ơ.3 Khối giao tiếp với máy tính.----¿-¿ ¿+ +22 +*21 282 £EEEEeErEeverrkekrkrerees AT 464 Khối đ c tín hiệu cường độ dòng điện hàn .5 Mạch điện thực tế sau CN.
Q9 nnrh 49 5 GI ITHU TX L TIN HIỆU. 6< SE SE ssEseeske 50 5.1 MỘT SONGUYEN T CLAY MẪÂU.1 Định lý lẫy mẫu. ¿5c Sc SE SE 9121215121 21212111 111111111.2 BO LOC IR. L1 1 1 Sn HH1 101110101121 101010101 1H re 53 5.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật của bộ 1 ¢ số thực tẾ.2 Bội c IR pha tuyến tính .---¿ ¿5 SE S2 SE E31 EE SE xxrrrrvrec, 54 5.3 PHƯƠNG PHÁP LOC DUNG CHUYEN DOI FOURIER.1 Giớithiệu Toi cceccccscecscscsesesscscscsesssscscsesssssssseseessseseeeees 58 5.2 Bản chất của bién đối ourier rời rac.3 Biến đổi ourier nhanh.- 2c St SE SE SE ES3 SE ket seeree ra 59 5.4 Ứng dụngI c FFT vào xử lý tín hiệu hàn .----¿ 2 2 + s+c+s+x+xss2 60 SA NH NXÉT.
2C TS HT 111010 111010101 111101012 v0 63 6 GI ITHU TĐIÊUKHIẾNV TRID U HÀN.1 CHUONG TR NH CHÍNH .2 CÁC CHUONG TR NH CONQo cceccccscsccsssccsessccsscessscecsssesssccrsseeessessssecssseensses 64 Vil 63 GI ITHU TDIEUKHIEN V N TỐC HÀN (PIDV NTỐC). 7 THUC NGHIEM VÀ KET QU_. THỰC NGHIỆM VỚI VI DIEU KHIEN DSPIC33F256MC710. THỰC NGHIỆM VỚI VI DIEU KHIEN TMS320F28335 Vill DANH M CCACH NH Hình 1-1 Mô hình hàn hồ quang nóng chảy trong m i trường khí bao vệ.
1 :Hướng hàn; 2 :Đầu hàn; 3 :Điện cực; (4):Khí bảo vệ: (5):Kim loại hàn nóng chảy; (6):Vết hàn; (7): Phôi hàn .-- -- -- -Ăc c2 123210001030 1000 11105 105 11 1 110 11 n0 vn 0 3 n 2 Hình 1-2 Cảm biến dau dò tiẾp x €. 4 Hình 1-3 Cảm biến điện tÙ.-- 2G E2 SE S121 5113 H1 12 11 g1 HH gu Hưng ri 5 Hình 1-4 Cảm biến lazer quang h c.-¿ ¿+ 2 E313 E21 1 121 E E1 1E 6 Hình 1-5 Cảm biẾn siêu âm. 6 Hình 1-6 Nguyên lý cảm biến hồ quangg.---- --- ¿+ 2222222 2E S22 EvEvEeEeErkekrrrererees 7 Hình 2-1 Mối quan hệ giữa cường độ dòng điện hàn và chiều cao cột hỗ quang. 9 Hinh 2-2 M6 hinh ly thuyét han va dòng điện han.
a:M_ hình han; b :Độ lệch đầu hàn; c :Cường độ dòng điện mô phỏng quá trình hàn.------- 5555 s << <+*s+* s2 11 Hình 2-3Phương pháp tiếp cận, nghiên cứu dé tai .--- ¿2 eecscseeeeseecseeeeees 12 Hình 3-1 Mô hình toán h c tương đương ua trình hàn MIG/MAG. 13 Hình 3-2 Mô hình tính chiều dài hồ Quang .cccecccsesescescsesescesssssesesesssssescssseseseeeess 14 Hình 3-3 Cường độ dòng điện han trong điều kiện 1 tưởng. ---------: 16 Hình 3-4 Cường độ dòng điện han khi đầu hàn bị lệch một khoảng kh ng đổi error - 2mm lệch phải. - - C1101 TH TS nh 16 Hình 3-5 Cường độ dòng điện hàn khi đầu hàn đi từ lệch bên phải sang lệch bên trái 17 Hình 3-6 Nguyên tắc xác định hướng lệch dau hàn .----- + 52+ 52252s2s2s2< 19 Hình 3-7 Tổng quan mô hình bộ điều khiển dùng FUZZY .---- -- 5555555555: 21 Hình 3-8 Hàm liên thuộc của đầu vào Ci .ee ee cescececsecsesescecccccsecessecvsceecescescaecaceeceaees 22 Hình 3-9 Hàm liên thuộc của đầu vào dei.--- + 2s 2k serskg 22 Hình 3-10 Hàm liên thuộc của đầu ra distance .- -- ¿6x23 SE EsEEsESsEseEseseseed 23 Hình 3-11 ơđồm phỏng vi trí đầu hàn b ng bộ điều khiển mờ.------ 26 Hình 3-12 Ngõ vào bộ điều khiỂn MO .----¿ ¿+ 52522321 £E£2EEE2EEEEEEEEEErErrrrre 27 Hình 3-13 Tín hiệu ngõ ra bộ điều khiển mờ.--- + + +2 +22 £2£2£+E+2£z£zEzEzszzzzcez 27 Hình 3-14 Vận tốc dịch chuyển đầu han(s — mm/s) .---- + 2 + + +22 +2 £+£+s+z£zc+2 28 Hình 3-15 Vị trí đầu han(s — mim/).- -- ke x11 S1 9195191 1v 1g gi 28 IX Hình 4-1 Cảm biến Hall do dòng điện hàn.
5-2 2 2 2222222 E+E£E£E££z£zErxrscee 30 Hình 4-2 Mô hình tong thé cơ câu uay đầu hàn.------¿ ¿5252 2+2 +s2s sec 31 Hình 4-3 Kết cau truyền động cơ cấu vay đầu hàn .----- 555252 2 +esszscscee 33 Hình 4-4 Mô hình tổng quan bàn máy 2D.- ¿2 E222 222222 EEEvEeEerrrrkrrrsrees 34 Hình 45M hình cơ khí hoàn chỉnh cho phôi thắng.----- 2 + 52252252525 5s25 38 Hình 4-6 M_hinh cơ khí hoàn chỉnh cho phôi cong. -- - -- - -- ++<+++++++++ssssss 38 Hình 4-7 Tổng uanm hình điều khiến.--- 5-2 252 2 2E 2222 E2 E£E£E£E££zezErerscee 40 Hình 4-8 Mạch điều khiến trung tâm.-- -- - ¿+ E22 222E 2E 2E EEEEeErErkrkrkrerereee 40 Hình 4-9 Mạch lave điều khiến 90115090 “+1. 4I Hình 4-10 ơ đỗ khối chức năng của TMS320F28335.--- 5 25c sec 43 Hình 4-11 ơ đỗ khối hoạt động của mạch điện dùng TMS320F28335. 44 Hình 4-12 Khối ồn áp nguồn lOgiC.---- +: ¿52 2E 22E2E 252521 E22 EEEEEEEEEEEErErkrkrkrereee 45 Hình 4-13 Khối nguồn cho lõi TMS320F28335.
2 5-2 S2 2 2 2322 2 2 £E£Ezzrscee 46 Hình 4-14 Khối Driver điều khiến động cơ d ng LMDI8201. ---- 5-5: 46 Hình 4-15 Khối truyền thông nối tiếp với máy tính dùng PL2303HX. 47 Hình 4-16 Mạch nối nguồn cho Hall sensor và bộ 1 c thông thấp (Theo SLOA024B- Texas Instrument-9/202). -- -- - --- -- c0 000000030 0100111011101 111 11 5 111 1111 11 1x4 48 Hình 4-17 Mạch điều khiến và Mạch NAD.
eceeeeceeessseeececceceeeeeeececccceeeeseeeeceececaneeseeeeeeees 49 Hinh 4-18 Mach driver diéu khién đỘng CƠ. 1S SH ng ng ren 49 Hình 5-1 Bộ lẫy maul tưởng.----¿- - 5£ 2E9E2E2E2E2E 1 2E EEEEEEEEEEEEEE SE rErrreee 50 Hình 5-2 Phổ bị lặp do lấy mẫu.----¿- - E52 S2 2 E225 5 511321 3 5251125251111 11 c, 51 Hình 5-3 Bộ tiền I c chống chong lan pho - L c thông thấp .---- 5-5: 52 Hình 5-4 Bộ tiền I c chống chồng lần phố thực tẾ.----¿-¿ 2 + 2 +++s+s+£+s+szszszse 52 Hình 5-5 Dap ứng biên độ của bộ | c số thực tế thông thấp và các tham số. 53 Hình 5-6 Fdatool hỗ trợ tổng hợp bộ 1 C FIR.- ¿5252 2 £2S+E+2££zEzerszsrscee 57 Hình 5-7 Dap ứng biên độ bộ 1] c FITL.- - << c1 1v vn ng 58 Hình 5-8L c T 128 điểm tìm độ lệch cường độ dòng điện .