Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ điện tử: Nghiên cứu điều khiển dò theo đường hàn sử dụng cảm biến hàn hồ quang quay

Khi đầu hàn quay trong mối hàn rãnh chữ “V”, dựa vào giá trị cường độ dòngđiện hỗ quang theo từng chu kỳ ta xác định được hướng lệch và độ lệch của đầu hàn sovới tâm rãnh hàn theo thời g

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 TửMã số: 10391065

Tp HCM, Tháng 06/2012

LOIC MONLuận văn này hoàn thành, trước hết em xin bay tỏ lòng biết on đối với thay NguyễnTan Tiến, người thay đã hướng dẫn cho em thực hiện phan lớn luận văn này, chi choem phương pháp nghiên cứu, cung cấp rất nhiều tài liệu nghiên cứu quý giá, và tạođiêu 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 ThếThao, thay Phạm C ng B ng, thay V Tường Qu n,c ng u thay cô ở b6 m n Cođiện tử, khoa Cơ khí, và toàn thé thay cô ở trường Dai h c Bach khoa TP.HCM, nhữngngười 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, tôixin 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

T MT TLU N VAN

Bài toán dò đường han b ng cảm biến hàn hồ quang quay dựa trên co sở hiện tượngbiến đối cường độ dòng điện hàn khi đầu hàn vừa quay vừa di chuyển bám theo rãnhhàn Khi đầu hàn quay trong mối hàn rãnh chữ “V”, dựa vào giá trị cường độ dòngđiện hỗ quang theo từng chu kỳ ta xác định được hướng lệch và độ lệch của đầu hàn sovới tâm rãnh hàn theo thời gian thực Ð y là cơ sở cho bài toán điều khiến đầu hànbám theo rãnh hàn.

Có nhiều giải thuật điều khiến có thể áp dụng để điều chỉnh đầu hàn bám theo rãnh hànáp 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 trungnghiên cứu áp dụng điều khiến fuzzy - PID vào bài toán bám đường hàn sử dụng cảmbiến hồ quang quay

ABSTRACT

This thesis presents a rotating arc sensor model using fuzzy logic controller to controla 2D table with two DC motors and two ball screws that carries a welding torch duringthe process of automatic seam tracking of arc welding Input data of the controller isthe deviation of average currents between the two half-cycles of current correspondingtwo half-cycles rotating of the torch on the left and the right of centerline of thewelding track The scaling factors and control variables of the fuzzy logic controllerwere determined by simulated experiments and proven by actual experiments Thecontroller was comprised of a regression model, expressing the relationship betweenthe average current deviation and offset distance through weaving experiments.Finally, the direction and and the speed of motors are calculated.

LOI CAM DOANT 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 nhiệmnêu có bat cứ gian đôi nào xảy ra trong luận văn.

Nguyễn Thành Luân

1 TONG QUAN G- G1912 91 919111 g1 11g HH ng TH TT HH ng cọ |1.1 KHÁI NIỆM G2 1S E121 9193 11 TH TH TT Hưng set |1.1.1 Hàn hỗ quang nóng chảy trong m i trường khí bảo vệ l1.1.2 Các loại cảm biến hần - G1519 51 9193191 E1 1T kg ng kg rkp 31.2 TINH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VUC DE TÀI -«- 72 _ BÀI TOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHI N CỨU 5-5 2 + +s+s<s552 92.1 BÀI TOÁN 2 1 H111 11 HH H101 T1 TH T111 010 111101010 111010101 H0 92.11 Nguyên] cảm biến han h6 uang uay -s - cesses 92.1.2 Mục tiêu bài toán oo ccccsescscscsesssscscscsesssscecsessssssscseesseessesees 112.2 PHƯƠNG PHÁP NGHI N CỨU 5-2 5252 2 E222 E2 ESE£EEEEczrsereei 123 MÔ HÌNH HÓA VÀ GI ITHU_ T DIEU KHIỂN - 2 - 2525: 133.1 M HNHH A SẶ SG SG E222 S S131 1H11 He 133.2 M PH NGCƯỜNG DO D NG HÀN - c2 5c St 122 vs secei l63.3 DE XUẤTGI ITHU T DIEU KHIẾN - + 2525252 ££+e+<+z£zcs2 173.3.1 Xác định độ lệch cường độ dòng và hướng lệch của đầu hàn 173.3.2 Giải thuật điều khiỂn - G12 91111 1E 21 ng kg nọ 203.3.3 Mô phỏng quá trình hàn dùng giải thuật điểu khiển mờ 254 XA DỰNGM_ H NH THỰC NGHIỆM - 2 2 + + EE*Ese£+e£se£sesxe 294.1 TÔNGQUANM_ H NH THỰC NGHIEM - 5-5 5555 c2 se csc<c 294.2 C MBIEN ĐO DONG VÀ NGUON ĐIỆN HÀN - 5-5 se csecs2 294.2.1 Cảm biến Hall ¿+ E262 E1 123 5 51115121 1 5111115111111 110101 kg 29A2.2 Máy hàn c1 1 121 1 111111111 51111111010 111010111 8111111 Hrrrệg 3143 CƠ CÂU QUA Ð U HAN Liiiicciccccccceccscesescesescscsscssscsestssssesvscssestsseess 31

44 HỆ THÔNG DICHU ENV TRID U HAN 5 55 2e sessxses2 334.4.1 Kiểm nghiệm độ bên trục d c ¿ ¿+ + S62 S2 2 E221 EEeEskrkrererred 344.4.2 Kiểm nghiệm độ bên trục ngang ¿-¿ ¿5+ +++s+2+E2e2E£eczxersrrereee 3645 TONG THEM H NH CƠ KHHÍ 5© ¿+ 5222222 E+E+E£E££sEzkrererersed 384.6 MẠCH ĐIỆN DIEU KHIỂN G56 E125 E9 8E SsEsEskeseseed 394.6.1 Khối mạch nguÖn - - +22 +E 2E +E SE SE EE#EEEEEEEEEEESESEEEEErkrkrrrrrrveo 44.6.2 Khối driver điều khiến động €Ơ - ¿5 2222 S123 E2 EEcEEErrrrred 464.6.3 Khối giao tiếp với máy tính ¿-¿ ¿+ +22 +*21 282 £EEEEeErEeverrkekrkrerees AT464 Khối đ c tín hiệu cường độ dòng điện hàn - - - - + «<< << <<<+2 484.6.5 Mạch điện thực tế sau CN Q9 nnrh 495 GI ITHU TX L TIN HIỆU SG 6< SE SE ssEseeske 505.1 MỘT SONGUYEN T CLAY MẪÂU 5 6 E2 ESEEsE£sEseEsesseeeed 505.1.1 Định lý lẫy mẫu ¿5c Sc SE SE 9121215121 21212111 111111111 50

5.2 BO LOC IR L1 1 1 Sn HH1 101110101121 101010101 1H re 53

5.2.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật của bộ 1 ¢ số thực tẾ ¿ +s+s£+e+£zxzxcecsz 535.2.2 Bội c IR pha tuyến tính -¿ ¿5 SE S2 SE E31 EE SE xxrrrrvrec, 545.3 PHƯƠNG PHÁP LOC DUNG CHUYEN DOI FOURIER 585.3.1 Giớithiệu Toi cceccccscecscscsesesscscscsesssscscsesssssssseseessseseeeees 585.3.2 Bản chất của bién đối ourier rời rac eee secsececsecesceccescessecssseeseeeeceees 595.3.3 Biến đổi ourier nhanh - - 2c St SE SE SE ES3 SE ket seeree ra 595.3.4 Ứng dụngI c FFT vào xử lý tín hiệu hàn ¿ 2 2 + s+c+s+x+xss2 60SA NH NXÉT S 2C TS HT 111010 111010101 111101012 v0 636 GI ITHU TĐIÊUKHIẾNV TRID U HÀN - 55555555 <<cs2 646.1 CHUONG TR NH CHÍNH - - 525222 2232325 E£E£E+EEEEEEzEEErxrerrcee 646.2 CÁC CHUONG TR NH CON Qo cceccccscsccsssccsessccsscessscecsssesssccrsseeessessssecssseensses 64

DANH M CCACH NHHình 1-1 Mô hình hàn hồ quang nóng chảy trong m i trường khí bao vệ 1 :Hướnghàn; 2 :Đầu hàn; 3 :Điện cực; (4):Khí bảo vệ: (5):Kim loại hàn nóng chảy; (6):Vếthàn; (7): Phôi hàn - -Ăc c2 123210001030 1000 11105 105 11 1 110 11 n0 vn 0 3 n 2Hình 1-2 Cảm biến dau dò tiẾp x € - -:-¿-©Sc E1 1E E2 51512125111 111 1111 11111 ce 4Hình 1-3 Cảm biến điện tÙ 2G E2 SE S121 5113 H1 12 11 g1 HH gu Hưng ri 5Hình 1-4 Cảm biến lazer quang h c -¿ ¿+ 2 E313 E21 1 121 E E1 1E 6Hình 1-5 Cảm biẾn siêu âm - tt t2 2E 2121211711111 6Hình 1-6 Nguyên lý cảm biến hồ quangg - ¿+ 2222222 2E S22 EvEvEeEeErkekrrrererees 7Hình 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 11Hình 2-3Phương pháp tiếp cận, nghiên cứu dé tai - ¿2 eecscseeeeseecseeeeees 12Hình 3-1 Mô hình toán h c tương đương ua trình hàn MIG/MAG 13Hình 3-2 Mô hình tính chiều dài hồ Quang c.cccecccsesescescsesescesssssesesesssssescssseseseeeess 14Hình 3-3 Cường độ dòng điện han trong điều kiện 1 tưởng -: 16Hình 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 16Hình 3-5 Cường độ dòng điện hàn khi đầu hàn đi từ lệch bên phải sang lệch bên trái 17Hình 3-6 Nguyên tắc xác định hướng lệch dau hàn - + 52+ 52252s2s2s2< 19Hình 3-7 Tổng quan mô hình bộ điều khiển dùng FUZZY 5555555555: 21Hình 3-8 Hàm liên thuộc của đầu vào Ci ee ee cescececsecsesescecccccsecessecvsceecescescaecaceeceaees 22Hình 3-9 Hàm liên thuộc của đầu vào dei - + 2s 2k serskg 22Hình 3-10 Hàm liên thuộc của đầu ra distance - ¿6x23 SE EsEEsESsEseEseseseed 23Hình 3-11 ơđồm phỏng vi trí đầu hàn b ng bộ điều khiển mờ - 26Hình 3-12 Ngõ vào bộ điều khiỂn MO ¿ ¿+ 52522321 £E£2EEE2EEEEEEEEEErErrrrre 27Hình 3-13 Tín hiệu ngõ ra bộ điều khiển mờ - + + +2 +22 £2£2£+E+2£z£zEzEzszzzzcez 27Hình 3-14 Vận tốc dịch chuyển đầu han(s — mm/s) + 2 + + +22 +2 £+£+s+z£zc+2 28Hình 3-15 Vị trí đầu han(s — mim/) ke x11 S1 9195191 1v 1g gi 28

Hình 4-1 Cảm biến Hall do dòng điện hàn 5-2 2 2 2222222 E+E£E£E££z£zErxrscee 30Hình 4-2 Mô hình tong thé cơ câu uay đầu hàn -¿ ¿5252 2+2 +s2s sec 31Hình 4-3 Kết cau truyền động cơ cấu vay đầu hàn - 555252 2 +esszscscee 33Hình 4-4 Mô hình tổng quan bàn máy 2D - ¿2 E222 222222 EEEvEeEerrrrkrrrsrees 34Hình 45M hình cơ khí hoàn chỉnh cho phôi thắng - 2 + 52252252525 5s25 38Hình 4-6 M_hinh cơ khí hoàn chỉnh cho phôi cong - - ++<+++++++++ssssss 38Hình 4-7 Tổng uanm hình điều khiến - 5-2 252 2 2E 2222 E2 E£E£E£E££zezErerscee 40Hình 4-8 Mạch điều khiến trung tâm - ¿+ E22 222E 2E 2E EEEEeErErkrkrkrerereee 40Hình 4-9 Mạch lave điều khiến 90115090 “+1 4IHình 4-10 ơ đỗ khối chức năng của TMS320F28335 - 5 25c sec 43Hình 4-11 ơ đỗ khối hoạt động của mạch điện dùng TMS320F28335 44Hình 4-12 Khối ồn áp nguồn lOgiC -. +: ¿52 2E 22E2E 252521 E22 EEEEEEEEEEEErErkrkrkrereee 45Hình 4-13 Khối nguồn cho lõi TMS320F28335 2 5-2 S2 2 2 2322 2 2 £E£Ezzrscee 46Hình 4-14 Khối Driver điều khiến động cơ d ng LMDI8201 5-5: 46Hình 4-15 Khối truyền thông nối tiếp với máy tính dùng PL2303HX 47Hình 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 48Hình 4-17 Mạch điều khiến và Mạch NAD eceeeeceeessseeececceceeeeeeececccceeeeseeeeceececaneeseeeeeeees 49Hinh 4-18 Mach driver diéu khién đỘng CƠ 1S SH ng ng ren 49Hình 5-1 Bộ lẫy maul tưởng ¿- - 5£ 2E9E2E2E2E2E 1 2E EEEEEEEEEEEEEE SE rErrreee 50Hình 5-2 Phổ bị lặp do lấy mẫu -. ¿- - E52 S2 2 E225 5 511321 3 5251125251111 11 c, 51Hình 5-3 Bộ tiền I c chống chong lan pho - L c thông thấp 5-5: 52Hình 5-4 Bộ tiền I c chống chồng lần phố thực tẾ ¿-¿ 2 + 2 +++s+s+£+s+szszszse 52Hình 5-5 Dap ứng biên độ của bộ | c số thực tế thông thấp và các tham số 53Hình 5-6 Fdatool hỗ trợ tổng hợp bộ 1 C FIR - ¿5252 2 £2S+E+2££zEzerszsrscee 57Hình 5-7 Dap ứng biên độ bộ 1] c FITL - - << c1 1v vn ng 58Hình 5-8L c T 128 điểm tìm độ lệch cường độ dòng điện -‹- 62Hình 6-1 Giải thuật điều khiển cho chương trình chính 5-2 2 s22 2x+s£s£zs2 64Hình 6-2 Chương trình con đ C ADC 0 ieee eeeeessseseeececcecccecceceecaeaaaauauseeseeeeeeeeceeeeees 65Hình 6-3 Chương trình tim CáC CỰC tr - c +1 + + 931111 1 1 vn nen 65

Hình 6-5 Chương trình tim cực tiỂU +: ¿+ 2 2622212 5E 321 1 5 515111 E111 ce 66Hình 6-6 Giải thuật điều khiển chinh oo ccccccsesessecescescessecseceesecsscescecsessceeceeceesacens G7Hình 6-7 Giải thuật tính toán bộ điều khiến fUZZy 5-5 2 + 2 2222 2 z£zezszecscee 68Hình 6-8 o đồ khối bộ điều khiến PIID - G26 2613 E98 EskssEseeske 69Hình 6-9 Lưu đồ giải thuật bộ điều khiển PIID 5-2 252 2 2222 2 2E£Ezszzrcee 71Hình 7-1 Cường độ dòng điện han thu được từ vi điều khiến wo cece 72Hình 7-2 Cường độ dong hàn (phóng fO) -c HH ng n 72Hình 7-3 Cường độ dòng hàn sau khi Ï c FFÏÏ 5-55 SS3335335555555555555554 73Hình 7-4 Cường độ dòng saul c FFT (phóng tO) - - + S339 333 5555555 55555554 73Hình 7-5 Toàn bộ tín hiệu cường độ dòng hàn trong 25S -cccc << *<*s+2 74Hình 7-6 Cường độ dòng hàn (phóng to ở đoạn đầu) cv ng seg 74Hình 7-7 Một đoạn tín hiệu cường độ dòng điện có 2 cực tTỊ -«s<s«+ 75Hình 7-8 Một đoạn tín hiệu cường độ dòng điện có 4 cực fTỊ -<s«s«+ 75Hình 7-9 Tín hiệu khi hàn đường thắng (nghiêng 8°) -5 5 c5 c<c<c< c2 76Hình 7-10 Một đoạn tín hiệu khi hàn đường thắng - + 5+5 522522 2s 22s 77Hình 7-11 Tín hiệu khi hàn đường CONE - 5S SH n 77Hình 7-12 Một đoạn tín hiệu khi hàn đường cong 5S Ă S11 35x <£s*+ 77Hình 7-I3M hình cơ khí hệ thống hàn thực nghiệm - << << <2 78

DANHM CCÁCB NGBảng 1-1 Các loại cảm biến han và cau hình - 5-2 2 2 2222222 £+E+E£E£e£zEzEzererscee 3

Bang 3-1 Các luật suy diễn mờy ¿- c2 2232323 E232 E2 rxexrvrkrrrrrreo 24

Bảng 4-1 Thông số cảm biến Hall - ¿5+ SE 2*2E 2E 2E ££EvEEEeEeEekrkrerkrererees 30Bảng 5-1 Các loại cửa số và tham SỐ ¿ ¿5c 2 2E2E 2121 1 321 1 521151111111 xe 56

Hàn là một phương pháp nối các chi tiết thành một khối không tháo rời được b ngcách nung nóng ch ng đến trạng thái chảy hay dẻo, sau đó có thể dùng hay khôngdùng áp lực để ép chi tiết hàn dính chặt với nhau Khi hàn ở trạng thái chảy, kim loạibị nóng chảy, sau đó kết tinh thành mối hàn Có trường hợp không cần nung nóng màchi dùng áp lực làm kim loại đạt đến trạng thái dẻo và dính chặt lại với nhau

Hàn được dùng rất rộng rãi trong m ¡ ngành sản xuất bởi các đặc điểm: chính xác, tincậy và hiệu quả (kinh tế) Trong một số ngành công nghiệp, ví dụ ngành đóng tàu thủy,công việc hàn chiếm tỉ tr ng rat lon M i trường hàn la một m 1 trường độc hại Ngườicông nhân phải làm việc trong m i trường ngột ngạt, chật hep, ô nhiễm tiếng ồn vàkhói hàn trong thời gian dài Do đó chất lượng mối hàn phụ thuộc vào trình độ taynghề và sức khỏe của công nhân rất nhiều Đến nay, nhiều công trình nghiên cứu vềvan đề ứng dụng robot hàn thay cho người e ng nh n đã được thực hiện nh m:

o Thực hiện một quá trình thao tác hợp lý và ôn định.o_ Cải thiện điều kiện làm việc của công nhân

o Tăng năng suất.o Nâng cao chất lượng mối hàn.o Giảm giá thành.

Có rất nhiều phương pháp hàn kim loại, tuy nhiên chỉ có một số phương pháp hàn cókhả năng tự động hóa như hàn plasma, hàn b ng siêu âm, b ng tia điện từ, b ng tialaser và hàn hỗ uang Trong đó phương pháp hàn hồ uang được sử dụng rộng rãihon cả trong công nghiệp do tính đơn giản va giá thành thấp Hàn hồ quang bao gồmhàn hồ quang khí bảo vệ và hàn hỗ uang ue Trong đó, chỉ có phương pháp hàn hồ

uang trong m i trường khí bảo vệ là có khả năng đáp ứng yêu cau tự động hóa

Hàn hồ quang nóng chảy trong m i trường khí bảo vệ là quá trình hàn nóng chảy trongđó nguôn nhiệt hàn được cung cap bởi hô uang được tạo ra giữa điện cực nóng chảy

oxy va nito trong m i trường xung quanh bởi một loại khí hoặc hỗn hợp khí Mô hìnhhàn hồ quang nóng chảy trong m i trường khí bảo vệ được như Hình 1.1.

Hình 1-1 Mô hình hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (L):Hướng

hàn; (2):Dau han; (3):Điện cực; (4):Khi bảo vệ; (5):Kim loại hàn nóng chảy: (6):Vêt

hàn; (7): Phôi hàn

1.1.1.1 Uu điểno Khắc phục được hạn chế vẻ chiều dài điện cực có giới hạn trong phương pháp han

hồ quang b ng que hàn có thuốc b c do đó có thé thực hiện được các mối hàn dàimà không cần dừng lại để gây hồ quang

o_ Có thé thực hiện công việc han ở tất cả các tư thế.o Tốc độ hàn cao hơn do điện cực được cấp liên tục và tốc độ điền day mỗi hàn cao

hơn hàn với thuốc b c.o_ Có thé tạo được mối hàn với độ thâm nhập s u hơn so với hàn hồ quang b ng que

có thuốc b c khi sự chuyển dịch kim loại dạng bụi được sử dụng.o Tiết kiệm được thời gian làm sạch sau khi han do không có nhiều xi.1.1.12 Nhược điển

o Thiết bị hàn phức tạp hon, đắt tiền hơn và kém cơ động hơn so với phương pháphàn hồ quang b ng thuốc b c

khí bảo vệ Điều này hạn chế việc sử dụng phương pháp này ngoài trời, trừ khivùng khí bảo vệ được đặt xung quanh vùng hàn.

1.1.2 Các loại cảm biến hànBài toán tự động hóa han bao gôm 2 van dé quan tr ng là cảm biên và điêu khiên Việcch n lựa cảm biên sẽ quyêt định bài toán điêu khiên Tat nhiên điêu này ảnh hưởngđền năng suat và chat lượng của cả quá trình hàn.

Có nhiều loại cảm biến hàn khác nhau, tuy nhiên dé có thé sử dụng được cho tự độnghóa quá trình hàn, cảm biến hàn phải đảm bảo các yêu cầu sau (Hirokazu Nomura,John E Middle, and Isao Masumoto, Sensors and Control Systems in Arc Welding,Chapma & Hall Inc., 1994):

o Kích thước nhỏ g n, kh ng làm gián đoạn quá trình han.o Độ tin cậy cao và hoạt động trong thời gian thực.

o Không bi ảnh hưởng bởi m 1 trường hàn như: nhiệt độ hàn, khói han o Tính chống nhiễu trong m i trường công nghiệp cao

o Giá thành ha.au đ y là một số loại cảm biến hàn được sử dụng

Bảng 1-1C oại am iến hàn à uhnh

Loại cảm biển hàn Câu hình cảm biểnĐâu dò tiếp xúc (contact microswitch, potentiometers, differential

probes) transformers

2 7 TH 7

= Tiếp x c điện cực (electrode voltage and current for contact detection

a.hệ contact)

° Cảm biên nhiệt độ thermocouples and thermistors

(temperature)

= GS | Cảm biên nhiệt độ photothermometers, infrared thermometers

Ð s3 4

mm:

Cảm biến hô quang (arephenomena)

welding current arc voltage, wire feed speed,number of shots, number of peak currentanomalies

Cam bién quang h c (optics) point sensors (phototransistors, photodiodes),

linear sensors (charge-couple devices, metaloxide semiconductor, position-sensitivedetector, industrial television)

Cam biên âm thanh (sound) variable sound pressure, ultrasonic sound

detector probes

1.1.2.1 Cảm biến tiếp xúcCảm biên tiép xúc là một loại cảm biên cho ra khoảng cách từ đâu dò đền rãnh handưới dạng tín hiệu điện Đầu dò có thể có một bậc tự do (Hình 1-2a) hoặc hai bậc tự do(Hình 1-2b).

Điện áp ra V

Hình 1-2Cảm iếnđầu tié

Cảm biên điện từ cung cap tín hiệu ra của chiêu cao H liên uan đên nên vật liệu kimloại bởi sự kích thích của cuộn d y điện bao xung quanh một lõi sat được đặt vàonguồn điện áp AC và 2 cuộn dây khác lắp ghép vi sai như Hình 1-3.

ScanningLaser diode PSDCollingmating

Spot light Focusing lens

P Optical filter

Hinh 1-4 Cam bién lazer quang hoc

1.1.2.4 Cảm biến siêu âmCảm biến siêu âm như Hình 1-5, có khả năng do lường khoảng cách giữa cảm biến vớinên vật liệu kim loại thông qua việc xác định khoảng thời gian từ thời điểm xung đượcphát ra đến thời điểm xung phan xa được thu hồi Cảm biến này có thé kiểm tra đượcvị trí của rãnh hàn cũng như dò lần theo đường hàn nhờ sự dao động của bộ phận này

Ultrasonictransducer

1.1.2.5 Cam biến dựa vào hiện tượng hô quangD y là loại cảm biến hoạt động dựa trên sự thay đôi cường độ dòng điện liên quan mậtthiết với sự thay đổi chiều cao của cột hồ uang như Hình 1-6.

Cảm biến hồ quang giải phóng được việc phải sử dụng thiết bị xung uanh đầu hàn.Nó có thé kiểm tra vị trí rãnh hàn một cách trực tiếp hay cung cấp thông tin vị trí bêmặt của vũng hàn tan chảy dưới hồ quang trong hầu hết thời gian thực

Hình 1-6 Nguyên ly cảm biến hồ quang

Mỗi loại cảm biến có các đặc điểm riêng biệt và được sử dụng với các yêu cầu khácnhau Nghiên cứu này tập trung vào cảm biến hàn hồ quang quay vì các lý do: nhỏg n, không can các thiết khác xung uanh dau han, đơn giản, độ tin cậy cao, giá thànhthấp, dễ áp dụng, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt hàn và ánh sáng hỗ quang

1.2 TINH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VUC DE TÀITrên thế gidi, rat nhiéu nghiên cứu về cảm biên hàn hồ uang uay đã được thực hiệnvà đăng trên các tạp chí khoa h c chuyên ngành Một số nghiên cứu gần đ y có théđược liệt kê như các mục [2]+[11] trong tài liệu tham khảo Trong luận văn Tiến sỹcủa mình, W.S Yoo[2] đã nghiên cứu ứng dụng các kết quả của C.H Kim và S.J.Na[5], [6] về hàn hồ quang quay vào hàn tự động đường hàn 3D trong công nghệ đóngtàu Nhóm nghiên cứu của Y.B Jeon, S.K Jeong và cộng sụ{3], [4] nghiên cứu thiếtkế cảm biến hàn hồ quang quay ứng dụng trong dò đường hàn cho robot han di độngdạng hai bánh xe Các kết quả thực nghiệm đã chứng tỏ được tính khả thi cao

Trong nước, cho dén thời diém hiện tại van chưa tim thay thông tin nào về các nghiêncứu liên uan đền việc thiệt kê chê tạo cảm biên hàn hỗ quang quay Một sô nghiêncứu trong nước liên uan đên tự động hóa quá trình hàn ứng dụng trong san xuât cóthé được liệt kê như [12]+[18] trong tài liêu tham khảo.

2 BÀITO NVA HUONG H NGHIÊN CỨU

2.1 BÀITO N2.1.1 Ngu n ám ién han hồ quang quayNguyên lý cảm biến hô quang

Hình 2-1 Mối quan hệ giữa ường độ ng điện hàn và chiều cao cột hồ quang

Như ta đã biết cường độ dòng điện hàn phụ thuộc mật thiết với chiều cao cột hồ quanghay khoảng cách từ đầu hàn đến phôi hàn.Khoảng cách từ đầu hàn đến phôi hàn càngnhỏ thì cường độ dòng điện hàn càng lớn, ngược lại cường độ dòng điện hàn càng nhỏkhi khoảng cách từ đầu hàn đến phôi càng lớn Hình 2-1 trình bày mối quan hệ giữach ng, khi đầu hàn di chuyển từ vị trí 1 đến các vị trí 2-3, khoảng cách từ dau hàn đếnph ¡ hàn càng 1 c được thu ngắn, cường độ dòng điện han cũng vi vậy ma tăng lên nhưđỗ thị hình bên trái Ngược lại, khi đầu hàn đi từ vị trí 3 về vị trí 4-5-1 thì cường độdòng điện hàn cũng giảm theo Tuy nhiên, do có sự khác biệt chiều di chuyển đầu hàn,hay nói cách khác do ảnh hưởng của tốc độ cháy d y điện cực dương, dẫn đến khi đầuhàn đi từ 3 đến 4 chiều cao cột hồ uang tăng đột ngột, cường độ dòng điện hàn giảmđột ngột, khi đi từ 4 đến 5-1, chiều cao cột hỗ quang giảm dần và cường độ dòng điệnhan tăng dan dé đạt tới một trạng thái cân b ng 6n định giữa chúng trong quá trình hànhỗ quang trên mặt phăng

Người ta dựa vào mỗi quan hệ giữa cường độ dòng điện hàn và chiều cao cột hồ quang

hay khoảng cách từ đầu hàn đến ph i để điều khiến đầu han bám theo đường han lànguyên tac cảm biên hồ quang.

Cảm biên hàn hỗ quang quay ap dụng cho các môi hàn rãnh chữ V, moi hàngóc(fillet), trong khuôn khô luận văn này chỉ đê cập đên môi hàn rãnh chữ V, môi hangóc có tính tương tự khi uay đầu hàn nghiêng 450 so với mối hàn rãnh chữ V

Cảm biến hàn hỗ quang quay cũng dựa trên nguyên tac của cảm biến hồ quang, nhưngđầu hàn được quay tròn với một vận tốc cô định Đầu hàn thay vì vừa được di chuyểnd c đường hàn vừa được lắc khi hàn thì trong hệ thống hàn với cảm biến hồ quangquay, đầu hàn vừa được quay tròn với một vận tốc cô định, vừa được di chuyển d crãnh han chữ V như Hình 2-2a Khi đầu hàn uay, cường độ dòng điện han cũng thayđổi theo chu kỳ 2m

Trường hợp tâm quay của đầu hàn n m trên đường tâm rãnh hàn chữ V, vì bán kínhuay đầu hàn có định nên trong cùng chu kỳ quay, khoảng cách từ đầu hàn đến phôihàn bên phải và bên trái là b ng nhau dẫn đến cường độ dòng điện hàn ở nửa chu kỳtrái khi đầu hàn ở nửa bên trái rãnh hàn) và nửa chu kỳ phải khi đầu hàn ở nửa bênphải rãnh hàn) b ng nhau Cường độ dòng điện hàn trong trường hợp này được mô tảnhư đường nét liền trên Hình 2-2c, cực trái (L-left) và cực phải (R-right) b ng nhau Ởđ y có sự khác biệt cường độ dòng hàn ở phía trước (Cf-Center front) và phía sau (Cr-Center rear), đó là do khi đầu hàn qua cực điểm phía sau, kim loại hàn chảy ra đã bồilên kim loại hàn của chu kỳ trước đó Ð y cũng là đặc điểm nhận dạng phía trước vàphía sau, vì vậy khi uay đầu hàn theo một chiều cố định, ta lu n xác định được cựctrái, phải, trước và sau của một chu kỳ tín hiệu.

Trường hợp tâm quay dau hàn bị lệch về một phía bat ky so với tâm rãnh hàn, khoảngcách từ đầu hàn đến phôi hàn bên phải và bên trái không b ng nhau, dẫn đến cường độdòng hàn bên cực trái và cực phải cũng khác nhau Đường mảnh nét đứt ở Hình 2-2cthé hiện cường độ dòng điện hàn khi đầu hàn lệch về bên phải so với đường tâm rãnhhàn, dẫn đến cường độ dòng điện hàn bên cực phai(R) lớn hơn bên cực trái(L) Từ độ

lệch cường độ dòng điện hàn này ta sẽ điều khiến vị trí đầu hàn trong rãnh hàn dé bùtrừ độ lệch vị trí đầu han cho đến khi độ lệch cường độ vẻ kh ng thì đầu hàn cũngđược đưa về giữa rãnh hàn.

b)

Tip gap ed

z= aA

Sstz ¬ + ~ fTOLS INI SAINTS | [Àl/1I le ed=0œ NI/ \|/ /

Time€)

Hình 2-2 Mô hình lý thuyết hàn a ng điện hàn (a):Mô h nh hàn; ( ):Độ lệch đầu hàn;

( ):Cường độ ng điện mô phỏng quá trình han

2.12 M tiu aitonĐiều khiến ua trình hàn là bài toán điều khiến dựa vào các thông tin thu nhận được từcảm biên trong ua trình hàn Bài toán điều khiên ở đ y có thê phân loại như sau:

ODò đường han (seam tracking control of a welding line).o Điều khiến thích ứng các thông số han (adaptive control for welding conditions)

Két hop ca hai van dé trén (seam tracking control and adaptive control)

O

o Giám sát quá trình han (welding monitoring).Đề tài này tập trung xác định độ lệch của dau han trong rãnh han chữ V va giải quyếttoán thứ nhất: đường hàn trong rãnh hàn chữ V

Nghiên cứu này chỉ tập trung cho đường han trong mặt phang Kết quả này sẽ là cơ sởcho việc phát triển bài toán dò đường hàn 3D có ứng dụng rất nhiều trong thực tế côngnghiệp.

2.2 HƯƠNG H NGHIÊNCỨUTrên cơ sở khảo sát, nghiên cứu lý thuyét với các kêt quả nghiên cứu (paper đã đượccông bô của nước ngoài, chú ý khả năng trién khai sử dụng trong m 1 trường cũng nhưđiều kiện trong nước dé đi đến phương án thiết kế thích hop và khả thi nhất như dé sửdụng, bảo trì, thay thế khi cần thiết, giá thành hợp lý

Các bước tiễn hành có thé tóm tat trong sơ đỗ sau:

Thu thập tài liệu và nghiên cứu các cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài

Mô phỏng quá Chế tạo cảm biến RAS Q0)0000000100

trình hàn với RASthực nghiệm dùng RAS

F——Hiệu chỉnh Hàn thực nghiệm L — Hiệu chỉnh——Ì

Dé xuất giải thuật điều kh

hệ thống hàn dùng RAS | cường độ dòng điện hàn

lển | Thu thập và xử lý tín hiệu

Vv

thống dùng RASThực nghiệm điều khiển hệ

VvKiểm định mối han

3 MÔ HÌNH HOA VÀ GIẢI THUAT DIEU KHIEN

3.1 M HNHH AMô hình toán h c của quá trình han MIG/MAG có thé được biểu diễn như hình sau:

+ Điện thé hồ quang Le| Ve

V, =V,, + R,1+(E,, + E,,DL, La} Va

= ‘ : ‘ : arc | y

Phôi hàn

Hình 3-1 Mô hình toán họ tương đương qu tr nh hàn MIG/MAG

Trong đóm hình nguồn han được đặc trưng bởi VOC, LS, va RS là suất điện động,điện cảm và điện trở của nguồn điện Cường độ dòng hỗ quang là I RP, và LP là điệntrở và điện cảm của dây cáp hàn Rạ, Le, Vp là điện trở, chiều dài và điện áp rơi trênđiện cực nối dài Va0 là một h ng số của mô hình hàn R, , Lg là điện trở và chiều caocủa cột hỗ quang va (Eq, + E,;.1) là điện trường của hỗ quang

Từ công thức tính điện thế hồ quang ta rút ra được chiêu dài hồ uang như sau:

" Eu+Ej %

Các đại lượng trên đều dương Nếu các giá trị khác xem là h ng số thì chiều dài hỗquang la tăng khi cường độ dòng hồ quang I giảm và ngược lại

(a): Khi dau hàn kh ng lệch b :Khi đầu hàn lệch khoảng e

Hình 3-2 Mô hình tính chiêu dài hô quang

Và chiều dài hồ quang trong rãnh han chữ V được tinh b ng công thức:

r|sin 2771 L, = (Ta — — g0 — — L„).sin 9 (3)

Khi có lệch một khoảng e so với đường phân giác (Hình 3-2b)

Trong đó:o a:Hng số điện trở suất ở nhiệt độ cao của d y điện cực nối dai.o b:H ng số phụ thuộc nhiệt độ phòng của điện trở suất d y điện cực nối dài.o L: Chiều dải d y điện cực nối dài.

o w: Tốc độ phóng dây.I: Cường độ dòng điện hàn.

O

o S: Tiết diện mặt cat ngang của d y điện cực.Từ đó có thê tính được điện trở của điện cực nôi dài như sau:

_V, abl, bwSTT § £ (6)

Kim, Na [3]va Yoo [1] da phat trién cdc công thức tinh chiều dài điện cực:

we Al

dt BEY 7? (7)Và cường độ dong điện han như sau:

o Hạ: An nhiệt trên một đơn vị thể tích gi t nhỏ nhận được lúc tách ra.Cuôi cùng ta sẽ có được:

aL,

dl _V,.-Vyy ST NT Rat bSw Ey + El ,

—= I+ — :

3.2 MOPH NGCUONG DO DONG HAN

Dựa trên các công thức mô hình hóa xây dựng ở phan 3.1 ta có thé mô phỏng cườngđộ dòng điện hàn như sau:

Cuong do dong dien | theo thoi gian

Hình 3-5 Cường độ ng điện hàn khi đầu hàn đi( ệh on hai ang éh_ ntr i

Kết uảm phỏng cho thay sai lệch cường độ dòng điện sai lệch hai đỉnh cực đại củatín hiệu cường độ dòng điện trong một chu kỷ t lệ gần như tuyến tính với độ lệch đầuhàn.

3.3 DE XUẤT GIAI THUAT DIEU KHIEN3.3.1 X dnhd6léh ườngđộ ng à hướng lệch của đầu hanTrong một chu kỳ uay dau hàn ta luôn lấy đ ng 2n mẫu tín hiệu (Ch n là 2n mẫu dédé dang áp dụng phép chuyển đổi Fourier) cường độ dòng điện Sau khi xử lý tín hiệu,lam trơn đồ thị, theo các phân tích va mô phỏng trên ta sẽ lu n tìm được 4 cực tri, 2cực đại tại các cực điểm trái, phải và 2 cực tiểu tại các cực điểm trước, sau Hơn nữacực tiểu trước luôn nhỏ hơn cực tiểu sau (vì cực điểm sau đã có kim loại hàn nóngchảy phủ lên từ chu ky trước).

Chiêu quay của đầu hàn lu n lu n được giữ cô định theo hướng từ bên trái lên phíatrước sang bên phải rồi vòng ra phía sau Vì thế thứ tự các cực trị cường độ dòng điệnhàn sẽ là bên trái —> phía trước —> bên phải —> phía sau —> bên trái =>

Dựa vào tính liên tục của đô thị hàm sô sau khi đã được “làm trơn”, ta có thê xác định4 điểm cực trị này Khi có đủ 2n mẫu dữ liệu trong một chu kỳ, ta xét hai phan tử dau,

nếu đồ thị đang tăng, ta kiểm tra đồ thị dữ liệu đến khi nó giảm thì ta sẽ xác định cựcđại, sau đó ta kiểm tra đô thị đến khi nó tăng thì sẽ xác định được cực tiểu, lặp lại chođến khi hết sô mâu; Nêu đồ thị đang giảm ta lại xác định cực tiêu trước.

Trong ua trình “dò” do thi đê tìm các cực tri ta tuân theo nguyên tac sau:

ONêu tìm được cực đại dau tiên ta gan nó là maxI sau đó là min1 rôi đên max2 vacuồi cùng là min2 (max! —> minl — max2 —> min2).

Nêu tìm được cực tiêu dau tiên ta gan nó là minl sau đó là max2 rôi đên min2 va

cudi cùng mới la max! (minl — max2 —> min2 —> maxÌ)

Khi đó có 4 trường hợp xảy ra:

O Vi tri phan tử đầu đang là ở bên trái, phía sau khi đó ta sẽ “dò” được thứ tự các cựctrị là max! ứng với cực bên trái > minÏ ứng với ở giữa phía trước —> max2 ứngvới cực bên phải —> min2 ứng với ở giữa phía sau Lúc này minl<min?2 nên ta tínhAI max] — max2 sẽ là cực trai — cực phải và nếu kết quả dương thì đầu hàn lệchtrái, kết quả _m là đầu hàn lệch phải

Vị trí phần tử đầu đang là ở bên trái, phía trước khi đó ta sẽ “dò” được thứ tự cáccực tri là minl ứng với ở giữa phía trước — max2 ứng với cực bên phải > min2ứng với ở giữa phía sau —> maxÏ ứng với cực bên trái Lúc này minl<min2 nên tatính AI max] — max2 sẽ là cực trái — cực phải và nếu kết quả dương thì đầu hanlệch trái, kết quả m là dau hàn lệch phải

Vị trí phần tử đầu dang là ở bên phải, phía trước khi đó ta sẽ “dò” được thứ tự cáccực tri la max! ứng với cực bên phải —> minl ứng với ở giữa phía sau —> max2ứng với cực bên trái —> min2 ứng với ở giữa phía trước Lúc này minl>min2 nênta tính AI max2 — max] sẽ là cực trái — cực phải và nếu kết quả dương thì dauhàn lệch trái, kết quam là đầu hàn lệch phải

Vị trí phần tử đầu đang là ở bên phải, phía sau khi đó ta sẽ “dò” được thứ tự cáccực tri là min] ứng với ở giữa phía sau —> max2 ứng với cực bên trái —> min2 ứngvới ở giữa phía trước — max! ứng với cực bên phải Lúc nay minl>min2 nên tatính AI max2 — max] sẽ là cực trái — cực phải và nếu kết quả dương thì đầu hanlệch trái, kết quả m là dau hàn lệch phải

min1

Start 0

max1LEFT

VÙNG|HÀN

min

StartUW

Dựa vào những nhận xét trên ta đi tìm giải thuật điều khiến vị trí đầu hàn dé giảm độlệch của đầu hàn xuống nhỏ nhất hay độ chính xác khi hàn tự động là cao nhất.

Có rất nhiều giải thuật điều khiến có thể điều chỉnh vị trí của đầu hàn về đ ng † m củarãnh hàn khi đã biết hướn ø lệch cua đầu hàn và độ lệch cường độ dòng điện bên trái vàbên phải t m rãnh hàn, nhưng ở đ y chúng tôi lựa ch n giải thuật điều khiến mờ đểđiều khiến vị tri đầu hàn vì nhing! do sau đ y:

o Hướng lệch có thể xác định dễ dàng nhưng hệ sốt lệ giữa sai lệch cường độ dòngđiện giữa hai nửa chu ky trái — phải và độ lệch thực tế của đầu hàn tùy thuộc vàotừng điều kiện hàn cụ thé (Vật liệu, bề mặt phôi hàn, nguôn điện hàn được sử dụng,máy hàn và d y han Vi vậy ta không biết được chính xác đầu hàn đang lệchbao nhiêu cho cùng một độ lệch cường độ dòng điện hàn ở các điều kiện hàn khácnhau.

o Đầu vào của bộ điều khiển mờ có thé n m trong một khoảng được đặc trưng b ngmột biên ngồn ngữ) mà không cân biệt chính xác giá tri vào là bao nhiêu.

Dau vào thứ nhât của bộ điêu khiên là sai lệch cường độ dòng điện giữa hai đỉnh cựcđại tương ứng với hai vị trí cực trái và phải của đầu hàn so với mặt phân giác của rãnhhàn Va chỉ cân một dau vào này cũng đủ dé bộ điêu khiên mờ hội tụ, tuy nhiên toc độđáp ứng bộ điều khiến là khá chậm (chậm hội tụ)

Dé nâng cao chất lượng bộ điều khiến ta thêm vào đầu vào thứ hai chính là tốc độ thayđôi của sai lệch cường độ dòng điện hàn ở trên.

Thực chat tín hiệu cấp vào bộ điều khiến mờ là tín hiệu số, kết quả của phương pháplay mẫu và biến đôi Analog sang Digital, là những số nguyên 12bit Vì thế dé đơn giảncho việc hiện thực bộ điều khiến ta ch n không gian của hai đầu vào là [-1;1] liên hệvới tín hiệu số ở trên b ng hệ sot lệ.

Tương tự tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển mờ cũng n m trong khoảng [-1;1] và liênhệ với hệ số điều rộng xung PWM cấp cho động cơ b ng một hệ sốt lệ được xác địnhtrong thực nghiệm.

3.3.2.2 Mô hình tổng quan bộ điểu khiển mờ

Không sai

lệch el

Luật hợpthành Vi trí

Sưu vee eg Driver diéu khién Xun

Lọc nhiễu ADC Cảm biếnHall

Hình 3-7 T ng quan mô hình bộ điều khiến dùng Fuzzy

Cảm biến Hall đo cường độ dòng điện hàn trong dây dẫn và xuất ra giá trị điện áptuơng tự một chiều, điện áp này sẽ được | c thông thấp b ng phân cứng, sau đó vi điềukhiến sẽ lay mẫu và chuyển đổi thành tín hiệu số Tín hiệu nay sẽ được làm mượt b ngbộ 1 c mềm (FIR hoặc FFT) Tín hiệu ra của bộ 1 c sẽ được d ng dé tính toán độ lệchcường độ dòng điện ei = max] — max2 hoặc ei = max2 — max! (theo 3.3.1), hiệu sốnày sau khi lấy t lệ nhỏ lại dé ei thuộc khoảng [-1; 1] chính là đầu vào thứ nhất củabộ điều khiên mờ.

Hiệu số ei này sau khi lấy vi phân trong khoảng thời gian một chu kỳ điều khiến chínhlà dau vào thứ hai của bộ điêu khiên mờ dei.

Cả hai đầu vào sẽ được mờ hóa thành những biến ngôn ngữ Từ những biến ngôn ngữnày bộ điều khiến mờ sẽ quyết định đầu ra b ng những luật mờ cơ sở sau đó được giải

mờ để quyết định đầu ra cụ thể dựa trên luật hợp thành max — product Đầu ra distance

của bộ điều khiến sé được nhân với một hệ số dé trở thành giá tri PWM điều khiếnđộng cơ.

3.3.2.3 Các hàm liên thuộc và biến ngôn ngữCác hàm liên thuộc cho dau vào va dau ra đều được ch n là hàm tam giác Không giangiá tri vật lý của đầu vào ei được chia thành các miền như hình sau bởi các hàm liênthuộc tam giác đặc trưng bởi các biến ngôn ngữ: NB: negative big, NM: negativemedium, NS: negative small, ZE: zero, PS: positive small, PM: positive medium, PB:positive big.

NB NM NS ZE PS PM PB

on

Hình 3-8 Hàm liên thuộc của dau vào ei

Tương tự không gian vật lý của đầu vào dei được chia thành các miền như Hình 3-9bởi các hàm liên thuộc tam giác ¢ n đặc trưng cho các biến ngôn ngữ: NB: negativebig, NS: negative small, 4E: zero, PS: positive small, PB: positive big.

NB NS ZE PS PB

on

Hình 3-9 Hàm liên thuộc của đầu vào dei

Cuôi cùng là dau ra distance có các biên ngôn ngữ tương tự như dau vào ei.

NB NM NS ZE PS PM PB

Hình 3-10 Hàm liên thuộc của dau ra distance

3.3.2.4 Nguyên tắc thiết kế bộ điêu khiển mờDựa vào những nguyên tac như phan 3.3.1 thi ei chỉ m khi đầu hàn lệch về phía phảiso với mặt phẳng t m rãnh hàn và dương khi đầu hàn lệch về phía trái rãnh han Haynói cách khác ei càng gan đạt đến giá trị NB: negative big thì cần phải điều chỉnh chođầu ra distance càng gần đến PB: positive big để đầu hàn về vị trí chính giữa rãnh (dichuyển về phía trái càng nhanh Tương tự ngược lại cho trường hợp dau hàn lệch trái(ei positive) thì cần điều chỉnh đầu hàn về phía phải rãnh hàn (negative)

Giả sử dei đang có giá trị âm, tức là sai số ei hiện tại đang nhỏ hơn sai số ei quá khứ.Nếu | c đó ei đang dương lệch trái thì có nghĩa đầu han đang chuyển động về phảidé ei giảm „ 1 e đó cần giảm giá trị âm của đầu ra distance so với khi kh ng xét đếndei Còn nếu | e đó ei đang m lệch phải thì có nghĩa đầu hàn đang chuyển động vềphía phải thêm nữa, | c đó can tăng giá trị dương của đầu ra distance so với khi khôngxét tới dei Vậy khi dei có giá trị càng âm (negative big) thì ta cần tăng giá tri đầu radistance càng dương positive big

Tương tự ngược lại nếu dei có giá trị càng dương positive big thì ta cần giảm giá trịđầu ra distance càng âm (negative big)

3.3.2.5 Các luật mo cơ sởDựa vào các nguyên tắc ở phan trên ta thiết lập các luật suy diễn mờ dựa trên các biếnngôn ngữ Đầu vào ei có 7 biến ngôn ngữ, đầu vào dei có 5 biến ngôn ngữ, vậy ta cần

thiết lập 7x 5 = 35 luật để mô tả tất cả hệ thống Đầu ra distance có 7 bién ngôn ngữ

nên sẽ có những luật có cùng hệ quả đâu ra Các luật được thiệt lập cụ thê như sau:

o Luật 1: Nếu ei là NB va dei là NB thì distance là PB.o Lwuat 2: Nếu ei là NB va dei là NS thi distance là PB.o Luật 3: Nếu ei là NB va dei là ZE thi distance là PB.o Luật 34: Nếu ei là PB va dei là PS thi distance là NB.o Luật 35: Nếu ei là PB va dei là PB thi distance là NB

Bang 3-1 Các luật suy diễn mờ

ỳ ử Fuzzy Logic

Mux Controller „IÃ

Hình 3-11 Sơ đồmô hồng tr đầu hàn ng ộ điêu khiên mờ

Đềm phỏng hoạt động của hệ thống điều khiến ta chấp nhận một số điều kiện sau:o Từ nhận xét độ lệch cường độ dòng điện hànt_ lệ tuyến tính với độ lệch đầu hàn

trong uá trình m phỏng cường độ dòng han ở trên, nên ta d ng hệ số Gain2 đểtạo độ lệch cường độ dòng han Delta Current từ vi tri đầu hàn hiện tại Position o Ng ra của bộ điêu khiên mờ có giá tri từ -1 đền 1 nên được khuêch đại b ng hệ sô

Gainl dé làm tín hiệu điêu khiên cho động cơ.o Cơ cầu chấp hành đượcm phỏng b ng hàm truyền Transfer unction.o Ng ra của cơ cấu chấp hành là tốc độ động cơ au khi lay tích ph n vận tốc và

cộng với vi trí ban đâu ta sẽ được vi trí hiện tại của dau han.Kết uảm phỏng như các hình từ Hình 3-12 đến Hình 3-15:Từ kết uả m phỏng ta thay r ng bộ điều khiến tự nhận dạng hệ thống đầu vào vàđâu ra và cho đáp ứng điêu chỉnh vi trí dau hàn vê đường t m rãnh hàn khá nhanh.Mora khả năng thực nghiệm cho kết ua tốt

k ưu“eet,M

OTPP Rae SRE TA RY RA WW Ee WPS PEP RRA

hình thực nghiệm được chế tạo nh m những mục đích sau:Kiểm nghiệm tính khả thi của việc áp dụng nguyén! cảm biến hàn hồ uang uayđể tính toán độ lệch của đầu hàn so với đường t m rãnh han dựa vào việc đo cườngđộ dòng điện han b ng cảm biến Hall trong bài toán bám đường hàn trong han hồ

uang kim loại với khí bảo vệ.Trên cơ sở tín hiệu thu được, xác định độ lệch đầu hàn trong rãnh hàn chữ V tươngứng với độ lệch cường độ dòng điện thu được.

Kiểm nghiệm tinh kha thi và hiệu ua của bộ điều khiển áp dụng dé bám theo rãnhhàn.

Thực nghiệm dé tìm hệ sô tôi ưu cho bộ điêu khiên.Dựa trên những mục đích đã xác định như trênm hình thực nghiệm được dé xuất baogom:

O

eeeở#2Cảm biến thu nhận dữ liệu cường độ dòng điện hàn cung cấp cho vi điều khiển xửL.

Nguồn điện hàn cung cấp dòng điện một chiều điện áp thấp kh ng đối và cường độdòng điện cao.

Co cau giữ và uay dau han với tốc độ điều khiển được theo yêu cau.Ban máy hai chiều vu ng góc mang theo đầu han và cơ cấu uay dau hàn d ng déđiều khiến vị trí đầu hàn bám theo rãnh hàn

Mạch điện điều khiến toàn bộ hệ thống thực nghiệm

b 3 bì Tf = "

oN 4© RY RS YLT H sy VÀ NA VN — N ỦY TÔ N TA NÓ 7 FAR FS my W_N ¬

a A MA RES ROR Bae R SRE A'NIg Qa MIF VN Te Ñ SSS Nụ SOK

“

Cảm biến đo dòng điện hàn dựa trên hiệu ứng Hall Cảm biến Hall được sử dụng làloại cảm biến Open Loop Hall Effect của hãng ABB mang số hiệu ABB ES500C