電弧傳感焊縫偏差計算機仿真論文

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1電弧電流信號的數據檢測

該高速旋轉電弧傳感器的頻率0~30Hz，掃描區域半徑0~3.5mm。本次實驗選用25r/s的固定頻率進行數據采集。實驗表明，如果焊接工藝參數一定，設定水平偏差為變量，則在一個旋轉電弧圓周運動的周期內，電流的波形具有一定的規律性，通過電流波形的變化特點可以得到焊點的水平偏差的參數。但是在實際操作中，焊接作業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就有了干擾因素，即使在偏差一定的情況下，檢測到的電流也不相同。所以為了減小這些因素的影響，將采集到的數據通過小波濾波后進行歸一化處理。將采集到的不同周期內的同一點的電流信號進行縱向的平均值處理，取該均值為這點的電流信號，這樣便減小了外界因素的影響。設定采樣頻率為104Hz，旋轉頻率為25r/s，則每個周期內可以采集到416個點的信息，然后將各個點的電流信息進行小波濾波、歸一化、均值處理后得到樣本波形保證結構風險最小化原則要求，采用不敏感損失函數ε，加入懲罰參數C和松弛變量ξ（*），ξ（*）=（ξ1，ξ1（*），ξ2，ξ2（*），…，ξb，ξb（*）），得到原始最優化問題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構造拉格朗日函數進行求解，最優問題以Wolfe對偶原則化作凸二次規劃問題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變為標準形式，得到最優解α=（α1，α1*，…，αl，αl*）T根據α構造出決策函數為（fx）=1i=1Σ（αi*-αi）K（xi，x）+b（3）式（3）為決策函數式，其支持向量為非零解所對應的矢量。不敏感損失函數ε的選取可以用來調整回歸逼近的精確度。根據式（3）選取新的輸入參數便可得到一個精確的輸出參數。

2支持向量回歸機的實現

2.1支持向量回歸機的計算原理

設定輸入的訓練樣本集為D={（xin，yk），k=1，2，3，…，l}式中xin∈Rn，yk∈R。通過訓練樣本可以得到一個決策函數，這樣通過訓練樣本集之外的輸入參數x可以較為精確的計算到相應的輸出參數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構造核函數運用

支持向量回歸機解決實際問題時必須構建一個合適的核函數，類型不同的核函數與之相對應的支持相對應的向量回歸機類型也不相同，一個合適的核函數直接決定了所構造的支持向量回歸機的運算性能。通過采集的數據信息的包角映射建立SVR核函數，然后修正函數，以提高核函數的回歸精度。構造核函數：設定一個標量函數式F（x），F（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處取得，得到修正后的核函數K（x，x'）=F（x）F（x'）K（x，x'）（4）令其標量函數F（x）的最小值在支持向量處取得，最大值在其他以外點處取得。這樣修正后的核函數對支持向量回歸的精度有所提高。由于實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選為GAUSS核函數K（x，x'）=exp（-x-x'22σ2）（5）式中σ為歸一化參數。通過式（5）可以得到初始的支持向量，將其帶入函數F（x）實現支持向量鄰域內黎曼度規的減小。修正后的GAUSS核函數大大提高了回歸精度。在Matlab中編寫函數式M文件，其邏輯流程為：（1）讀取樣本數據集；（2）建立數據集矩陣；（3）構建矩陣f，LB，UB；（4）計算初始核矩陣；（5）計算初始α值；（6）計算修正函數；（7）計算各個最優解α，將最后求的各個α值和變量值保存到MAD文件，然后編寫決策函數編碼通過調用MAD文件里的參數得出偏差值。

3仿真模擬

3.1水平偏差值

計算通過調用MATLAB中已經編寫的M文件，得到的變量與函數值采用小波濾波、歸一化、均值化處理后得到一個周期內的數據點參數集，使用已經編寫好的決策函數文件計算出各個點的水平偏差，將其轉化為水平偏差值。

3.2高度偏差值

計算焊炬的高度與電弧的電流值具有一定的規律性。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律，在LABVIEW中通過函數公式的各節點可以推算出高度偏差值。

3.3焊縫跟蹤將LABVIEW

與機器人糾偏系統相聯結，將水平偏差值與高度偏差值的實時參數傳送給機器人糾偏系統，焊接機器人實時調整焊縫的路徑，這樣就實現焊縫焊接的實時跟蹤。

3.4實驗結果

選取旋轉電弧傳感器的掃描半徑為3mm，V型坡口，角度45°，取樣頻率104Hz，電弧旋轉頻率25r/s。在水平偏差不相同的條件下分別選取兩組數據，第一組取采集試驗結果12個數據訓練支持向量回歸機，第二組作為參考組，進行偏差識別對比測試。使用該算法系統具有較小的偏差識別誤差，提高了系統的識別精度，在實{st（2）α(*)∈R2lW∈R，ξ(*)∈R2I，b∈R。通過圖像能夠清楚地看到，進行處理后的數據提高了系統的精度和實時性。

4結論

在一定工藝參數下，焊炬的水平偏差和焊接電弧的電流大小在一個旋轉周期內具有一定的規律性。通過采集LABVIEW焊接過程中的電弧電流信號，將原始信號進行小波濾波減少外界因素干擾，然后信號進行歸一化、均值濾波處理，提高了數據精度。將處理后的數據在MATLAB中進行支持向量回歸機的計算，通過修正核函數與決策函數的運算處理最終得到偏差值。試驗結果證明，采用這種算法進行電弧傳感焊縫的偏差識別是可行的，提高焊縫識別精度約20%，完全滿足實際工程的需要。

作者：王霞 單位：江蘇師范大學 江蘇省泰州職業技術學院