，故而当设计变量和水平数较多时，试验设计所需的次数较少，且其结果仍能反映分 析体系的主要特征，从而节省了大量的试验工作量。
[0020] W磁极间隙H、励磁频率f、励磁电流I、线圈应数n为设计变量，采用拉了超立方试 验设计方法取样本数据S共50组，其中选取训练样本数据Si41组用来建立Kriging代理 模型，测试样本数据S29组用来检验Kriging预测模型的准确性，取样点数据如图2。
[0021] 3.参照表一，将所选取的样本点在磁控电弧焊缝自动跟踪系统中一一实验，得到 其实验响应值Y。
[0022] 表一焊缝跟踪信号的评分原则
4.建立Kriging代理模型，利用MTLAB中的工具箱DACE来建立Kriging模型，建 立的状态功能函数不需要得出其具体的数学表达形式而是W结构体的形式表现，它的导数 信息可W直接由Kriging模型计算求得，从而避免了复杂的数学求导过程。在Kriging模 型的建立中，选择二次多项式作为Kriging模型确定部分的函数类型，选择高斯函数作为 相关函数模型，考虑各向异性的特征，对每个坐标方向选择一个参数e，分别输入上限和下 限，进行0的优化，经过5次重新建模优化迭代，约束条件满足并得到Kriging近似模型的 优化结果，表二为所选取的全局最优点和2个局部最优点，表=为优化后的0值。
[0023] 表二传感器参数优化设计结果
表=各传感器参数所对应的0值
在Kriging代理模型中，高斯相关函数中含有参数向量目，Kriging建模的过程主旨就 是求解该个参数向量。该个参数是和设计变量个数相同的向量，它的每个元素值的相对大 小反映着相应设计参数与传感信号失真度的非线性程度，也从一定程度上反映其对信号失 真度的影响程度。从表=可W看出励磁电流、励磁频率对传感信号失真度的影响相当强，其 他参数影响相对很弱。用已建立的Kriging近似模型在最优设计情况下预测励磁频率和励 磁电流交互作用对信号失真度的影响，如图4所示。
[0024] 5.如图3所示，将所取9组测试样本数据代入已建立的Kriging近似模型中得到 其预测响应值，并与其实验响应值进行比较，可见该模型能够很好的反映传感信号的真实 情况。
[0025] 如图5所示，为验证传感器优化参数的可靠性，选取所建Kriging代理模型的全局 最优点与两个局部最优点(表=)在磁控电弧焊缝自动跟踪系统中进行试验，并对比分析， 图中亮度较大的是焊缝跟踪传感信号经过滤波后的波形，亮度较淡的是励磁信号的波形， 图5(a)中前端是起弧阶段，电弧还未稳定，随后可W明显看出两段波形的波峰、波谷之间 形成一一对应关系，焊缝跟踪传感信号明显且干扰少，能够很好地运用于焊缝自动跟踪。图 5(b)与图5(c)中传感信号的幅度相对较低，且存在轻微干扰信号。
[0026] 在实际焊接过程中，选取全局最优设计点1的传感器参数时，其焊接工艺良好、烙 滴过渡平稳、飞瓣少，表面有鱼鱗状波纹，焊缝成形美观。综上所述，采用Kriging代理模型 优化方法得到传感器参数的最优解，考虑到参数调节精度与实际操作的可行性，将传感器 的优化点参数在理论值基础上修改，磁极间隙与线圈应数取整，励磁电流保留小数点后一 位(励磁频率6监，励磁电流1. 4A，磁极间隙12mm，线圈应数1000应)，能够很好的运用于焊 缝跟踪，提高了磁控电弧焊缝跟踪的稳定性与跟踪精度，其效果显著可靠具有很好的实际 应用价值。
【主权项】
1. 一种基于Kriging代理模型的磁控电弧传感器参数优化方法，其特征在于实施步骤 如下： (1) 确定磁控电弧传感器的优化参数及其变化范围，分析影响传感信号失真度的主要 传感器参数并根据实际情况与约束条件确定其变化范围； (2) 采用拉丁超立方实验设计方法在参数空间范围内采样，其中选取训练样本AS1M 组用来建立Kriging代理模型，测试样本点S 29组用来检验Kriging预测模型的准确性； (3) 将所选取的样本点在磁控电弧焊缝自动跟踪系统中一一实验，得到其焊缝跟踪传 感信号，并依据焊缝跟踪信号的评分原则表对其进行评分，得到其对应实验响应值Y (传感 ?目号失真度）； (4) 设置初值，构建Kriging代理模型，进行Θ的优化，选择优化算法对给定的加点 准则进行优化设计，然后检验收敛准则，如果收敛准则满足要求，则得到对象问题的最优 解，反之，将当前最优设计点加入到样本中进行下一次建模优化，直至收敛准则满足； (5) 实验验证，将所取测试样本数据S2得到的预测响应值，与其实验响应值进行比较， 检测模型预测偏差；为验证传感器优化参数的可靠性，选取所建Kriging代理模型的全局 最优点与两个局部最优点进行实验验证并对比分析； 经过上述步骤，实现基于Kriging代理模型的磁控电弧传感器参数优化设计。2. 根据权利要求1所述的基于Kriging代理模型的磁控电弧传感器参数优化方法，其 特征在于步骤（1)中磁控电弧传感器的优化参数为：励磁频率、励磁电流、磁极间隙、线圈 匝数。3. 根据权利要求1所述的基于Kriging代理模型的磁控电弧传感器参数优化方法，其 特征在于步骤（3)中焊缝跟踪信号的评分原则如下表： 〇4. 根据权利要求1所述的基于Kriging代理模型的磁控电弧传感器参数优化方法，其 特征在于步骤（5)中将所取9组测试样本数据S 2代入已建立的Kriging近似模型中得到其 预测响应值，并与其实验响应值进行比较，检测模型预测偏差；选取所建Kriging代理模型 的全局最优点与两个局部最优点在磁控电弧焊缝自动跟踪系统中进行试验，比较其焊缝跟 踪传感信号、焊接过程的稳定性及焊缝成形，检验其优化效果。
【专利摘要】本发明涉及基于Kriging代理模型的磁控电弧传感器参数优化方法，其步骤如下：确定磁控电弧传感器的优化参数及其变化范围；采用拉丁超立方实验设计方法在参数空间范围内采样；将所选取的样本点在磁控电弧焊缝自动跟踪系统中一一实验，得到其实验响应值（传感信号失真度）；构建Kriging代理模型并采用优化算法进行寻优，直至满足收敛准则；实验验证（模型验证、全局最优点验证）。本发明较传统优化方法具有计算周期短，可信度高和最优的线性无偏估计的特点，能够很好的提高磁控电弧焊缝跟踪系统的稳定性和跟踪精度。
【IPC分类】G05B19/401
【公开号】CN104880992
【申请号】CN201410808027
【发明人】洪波, 李振凯, 欧阳雪枚, 李耀源
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年12月23日