短路过渡状态的电弧自适应控制方法与流程

本公开涉及熔化极电弧焊领域，具体而言，涉及一种短路过渡状态的电弧自适应控制方法。

背景技术：

近年来,航空航天、交通运输、海洋工程等工业的发展,极大地推动了焊接技术的发展。伴随着产品、材料、使用条件的多种多样,对焊接质量的要求越来越高,因此如何用优质、高效的焊接技术来满足当前的需要,是焊接工作者面临的任务。提高焊接生产效率和焊接质量、实现焊接自动化生产、减少焊接缺陷成为实际生产的迫切要求。焊接生产率的提高主要有两个方面:一是薄板焊接时焊接速度的提高；二是中、厚板焊接时熔敷率的提高。

熔化极电弧焊是电弧焊的一种基本方法。焊接过程上，电极发生熔化，而熔化的液态金属进入熔池中。通过使送丝速度等于熔化速度，焊丝端部与熔池之间的电弧长度可保持不变。

熔化极电弧焊包括手工电弧焊、熔化极气体保护焊、药芯焊丝电弧焊、气电焊和埋弧焊等。

熔化极电弧的主要作用是产生加热焊丝和工件的热量，另外还产生强烈的弧光、噪声和离子轰击作用。离子轰击作用能够去除工件表面的的氧化膜。熔化极电弧(也称金属极电弧)实际上是工件与焊丝端部之间的高温气体的持续放电，具有低电压、大电流的特点。

熔化极电弧焊的过程如下：焊丝连续送到电弧中，并被电弧热量熔化。熔化的焊丝金属穿过电弧空间进入熔池，凝固后形成焊缝金属。这种复杂的物理现象至今仍未完全研究清楚。

目前，焊接现场存在因焊丝差异、焊接工艺调整等原因导致的焊接过程不稳定现象。要解决这一类课题，就需要根据不同焊接材质与焊接需求，实现对电弧形态的灵活控制，又要保证电弧能量的输出。熔化极电弧焊的短路过渡状态是一个复杂、多干扰的过程，其包括短路阶段和燃弧阶段。短路过程影响电弧的动特性和飞溅量；燃弧过程决定电弧的能量输出。短路过渡状态的电弧自适应控制技术就是从电弧稳定性和能量输出控制角度上实现对电弧的控制。对于电弧自适应控制而言，难题在于电弧自学习的过程控制，当焊接情况发生变化时，容易造成电弧的不稳定，从而形成焊接缺陷。

因此，设计一种新的熔化极电弧焊的短路过渡状态的电弧自适应控制方法是目前亟待解决的技术问题。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种短路过渡状态的电弧自适应控制方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得清晰，或者部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一实施方式，公开一种短路过渡状态的电弧自适应控制方法，其中短路过渡状态包括短路过程和燃弧过程，所述控制方法包括；

a、确定n个自适应参数，其中，自适应参数是指能根据焊接工艺工法进行预定范围内的变化从而使当前电弧的状态更适合当前焊接条件的参数，n为大于1的整数；

b、确定n个自适应参数的范围[ai，bi]，其中i的取值范围为1-n；

c、对n个自适应参数范围内进行二分法，每个自适应参数取出范围内的两个典型值；

d、对n个参数的2n个典型值进行全局寻优，根据预定的电弧状态评价策略，选出获得当前最佳电弧状态的分属n个参数的n个典型值的组合；

e、根据选出的n个典型值的组合重新确定n个自适应参数的范围；以及

f、对n个参数的新的范围再重复c-e过程，直到选出获得预期最佳电弧状态的n个典型值的组合。

在本公开的一种示例性实施方式中，其中步骤a还包括：在确定n个自适应参数之前，将短路过程的所有控制参数分为工艺参数、控制参数和自适应参数，其中工艺参数是指对焊接效果有影响的参数，控制参数是指对短路过程波形起到关键控制的参数。

在本公开的一种示例性实施方式中，其中工艺参数包括影响熔深、熔宽或余高的参数，控制参数是指对短路过程波形起到关键控制的参数。

在本公开的一种示例性实施方式中，其中控制参数包括关键运算参数的系数、补偿量。

在本公开的一种示例性实施方式中，在步骤c中，其中两个典型值为ai+(bi-ai)/4，ai+(bi-ai)·3/4。

在本公开的一种示例性实施方式中，在步骤d中，其中对n个参数的2n个典型值进行全局寻优包括：对2ⁿ种典型值的组合进行遍历寻优，其中每一种组合均包括n个参数中每一个参数的两个典型值中的一个。

在本公开的一种示例性实施方式中，在步骤e中，其中根据选出的n个典型值的组合重新确定n个自适应参数的范围包括：将选出的典型值所处的自适应参数的范围的半区作为新的自适应参数的范围。

在本公开的一种示例性实施方式中，其中预期最佳电弧状态是指与理想电弧状态的差异在预定误差范围之内的电弧状态。

根据本公开的一些示例性实施方式的方法，通过利用局部寻优法和最小二分法确定短路阶段最优的控制参数，能够实现熔化极电弧短路过渡状态下电弧的自适应学习控制。

根据本公开的一些示例性实施方式的控制方法，进一步的，通过对电弧状态的实时调整，针对特定使用要求，实现对短路过程动特性、飞溅量进行控制，保证电弧的稳定燃烧，最终提高焊接品质。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本公开示例实施方式的一短路过渡状态的电弧自适应控制方法的流程图。

图2示出根据本公开示例实施方式的一短路过渡状态的电弧自适应控制方法的实例图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。

本公开的目的在于提供一种短路过渡状态的电弧自适应控制方法，包括；a、确定n个自适应参数，其中，自适应参数是指能根据焊接工艺工法进行预定范围内的变化从而使当前电弧的状态更适合当前焊接条件的参数，n为大于1的整数；b、确定n个自适应参数的范围[ai，bi]，其中i的取值范围为1-n；c、对n个自适应参数范围内进行二分法，每个自适应参数取出范围内的两个典型值；d、对n个参数的2n个典型值进行全局寻优，根据预定的电弧状态评价策略，选出获得当前最佳电弧状态的分属n个参数的n个典型值的组合；e、根据选出的n个典型值的组合重新确定n个自适应参数的范围；以及f、对n个参数的新的范围再重复c-e过程，直到选出获得预期最佳电弧状态的n个典型值的组合。本公开的方法通过利用局部寻优法和最小二分法确定短路阶段最优的控制参数，能够实现熔化极电弧短路过渡状态下电弧的自适应学习控制。进一步的，通过对电弧状态的实时调整，针对特定使用要求，实现对短路过程动特性、飞溅量进行控制，保证电弧的稳定燃烧，最终提高焊接品质。

下面结合图1-2对本公开的短路过渡状态的电弧自适应控制方法进行详细说明，其中，图1示出根据本公开示例实施方式的一短路过渡状态的电弧自适应控制方法的流程图；图2示出根据本公开示例实施方式的一短路过渡状态的电弧自适应控制方法的实例图。

如图1所示，在步骤a中，确定n个自适应参数，其中，自适应参数是指能根据焊接工艺工法进行预定范围内的变化从而使当前电弧的状态更适合当前焊接条件的参数，n为大于1的整数。

本公开的短路过渡状态的电弧自适应控制方法由两个主要功能过程组成，分别是参数分类、自适应学习。

参数分类是把整个的短路控制过程当中涉及的参数分为控制参数、工艺参数、以及自适应参数。所谓控制参数是指对短路过程波形起到关键控制的参数，比如关键运算参数的系数、补偿；所谓工艺参数是指对焊接效果有影响的参数，比如影响熔深、熔宽、余高的参数；所谓自适应参数，实在可以根据焊接工艺工法，进行一定范围内变化，从而使当前电弧状态更适合当前焊接条件的参数。

自适应学习用来实现电弧的自学习过程，更确定的说，是对自适应参数进行学习，以期在某种特定条件下达到最优化状态的参数。

自适应学习过程主要采用了二分法、局部遍历寻优法、基于概率理论改进的爬山算法。

在步骤b中，确定n个自适应参数的范围[ai，bi]，其中i的取值范围为1-n。

在步骤c中，对n个自适应参数范围内进行二分法，每个自适应参数取出范围内的两个典型值。

在本公开的一种示例性实施方式中，在步骤c中，其中两个典型值为ai+(bi-ai)/4，ai+(bi-ai)·3/4。但本公开不限于此，也可以根据需要选取其它典型值。

在步骤d中，对n个参数的2n个典型值进行全局寻优，根据预定的电弧状态评价策略，选出获得当前最佳电弧状态的分属n个参数的n个典型值的组合。

在本公开的一种示例性实施方式中，在步骤d中，其中对n个参数的2n个典型值进行全局寻优包括：对2ⁿ种典型值的组合进行遍历寻优，其中每一种组合均包括n个参数中每一个参数的两个典型值中的一个。例如以4个自适应参数为例，各自从各个自适应参数的2个典型值中选出一个典型值，则一共有2⁴种即16种选择方式，即一共有2⁴种即16种典型值的组合，然后对这16种典型值的组合进行遍历寻优，找出获得最佳电弧状态的那种典型值的组合。

在步骤e中，根据选出的n个典型值的组合重新确定n个自适应参数的范围。

在本公开的一种示例性实施方式中，在步骤e中，其中根据选出的n个典型值的组合重新确定n个自适应参数的范围包括：将选出的典型值所处的自适应参数的范围的半区作为新的自适应参数的范围。继续以两个典型值为ai+(bi-ai)/4和ai+(bi-ai)·3/4为例，如典型值ai+(bi-ai)/4被选出，则将其所处的自适应参数的范围的半区即上半区[ai，ai+(bi-ai)/2]作为新的自适应参数的范围；反之如典型值ai+(bi-ai)·3/4被选出，则将其所处的自适应参数的范围的半区即下半区[ai+(bi-ai)/2，bi]作为新的自适应参数的范围。

在步骤f中，对n个参数的新的范围再重复c-e过程，直到选出获得预期最佳电弧状态的n个典型值的组合。

在本公开的一种示例性实施方式中，其中预期最佳电弧状态是指与理想电弧状态的差异在预定误差范围之内的电弧状态。

下面以自适应参数为4个为例，结合图2说明进行短路过渡状态的电弧自适应控制的具体过程，图2示出根据本公开示例实施方式的一短路过渡状态的电弧自适应控制方法的实例图。

如图2所示，在s101，确定4个自适应参数的范围[a1，b1]、[a2，b2]、[a3，b3]和[a4，b4]。

在s102，对4个自适应参数范围内进行二分法，每个自适应参数取出范围内的两个典型值a1+(b1-a1)/4和a1+(b1-a1)·3/4、a2+(b2i-a2)/4，a2+(b2-a2)·3/4、a3+(b3-a3)/4，a3+(b3-a3)·3/4、以及a4+(b4-a4)/4，a4+(b4-a4)·3/4。

在s103，对2⁴种典型值的组合进行遍历寻优，其中每一种组合均包括4个参数中每一个参数的两个典型值中的一个。从4个自适应参数的各自2个典型值中选出一个典型值，则一共有2⁴种即16种选择方式，即一共有2⁴种即16种典型值的组合，然后对这16种典型值的组合进行遍历寻优，找出获得最佳电弧状态的那种典型值的组合。

在s104，假设是以下典型值的组合：a1+(b1-a1)/4、a2+(b2-a2)·3/4、a3+(b3-a3)/4、以及a4+(b4-a4)·3/4获得了最佳的电弧状态，则在s105，将[a1，a1+(b1-a1)/2]、[a2+(b2-a2)/2，b2]、[a3，a3+(b3-a3)/2]、以及[a4+(b4-a4)/2，b4]分别作为自适应参数1-4的新的范围，然后对4个参数的新的范围再重复s102-s104过程，直到选出获得预期最佳电弧状态的4个典型值的组合。

通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本公开实示例性实施方式的短路过渡状态的电弧自适应控制方法具有以下优点中的一个或几个。

根据本公开的一些示例性实施方式的方法，通过利用局部寻优法和最小二分法确定短路阶段最优的控制参数，能够实现熔化极电弧短路过渡状态下电弧的自适应学习控制。

根据本公开的一些示例性实施方式的控制方法，进一步的，通过对电弧状态的实时调整，针对特定使用要求，实现对短路过程动特性、飞溅量进行控制，保证电弧的稳定燃烧，最终提高焊接品质。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。