专利名称：横摆衰减优化设计方法
技术领域：
本发明涉及一种横摆衰减优化设计方法，应用于自动化焊接领域及其它相 关的需要横摆的场合。
背景技术：
随着工业技术的发展，人们对自动化设备提出了越来越高的要求，其中横 摆衰减控制的好坏对于焊接的质量和外观起到十分关键的作用，直接决定收弧 的质量和外观效果。横摆衰减优化设计方法包括两大类中心控制法及摆宽控 制法，本申请是针对其中摆宽控制法进行的改进。
现有的摆宽控制衰减方法主要是根据初始摆宽A人为或者凭经验选定衰 减的次数n以及衰减当量A 。但是，这样衰减的效果很不理想。因为在实际操 作中，衰减时间是根据系统(还要考虑电源工作状态、焊接情况等，综合考虑) 运行情况确定下来的数值。单纯的由摆宽人为决定衰减次数及衰减当量而不考 虑衰减时间的话，难以保证横摆返回中心和收弧同步进行，也就不能保证焊接 收弧的效果，常常出现附图3中的不足或者附图4中的超调情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是用一种优化设计方法来克服现有技术中横摆 衰减不理想、横摆返回中心与收弧不同步的不足。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是
在已知初始摆宽为A、衰减速度为V、衰减时间T的情况下，通过以下步骤 优化
步骤一，横摆衰减开始后，使得横摆衰减的每一步摆幅相比上一步摆幅按 照预定规律衰减，该衰减规律与衰减当量A有关，且该规律满足使得横摆的最 后一步走完后横摆回到中心，根据该横摆的最后一步列出摆宽A与衰减次数n、 衰减当量A的关系。该预定规律应当是根据实际情况预设的，例如等差数列或 类似于等差数列的递减方式。通过逐步递减，确保最后一步走完之后，该数列 收敛在横摆中心。
步骤二，用预设衰减时间减去所有的左停留时间、右停留时间、加速对间损耗、减速时间损耗，得到横摆匀速运动时间T^)与衰减次数n的关系。
步骤三，通过步骤一的规律数列，列出衰减的总路程S与衰减次数n、衰减
当量A的关系，将步骤一中得出的摆宽A与衰减次数n、衰减当量A的关系代入
该总路程S公式，得到S与衰减次数n的关系。
步骤四，根据综合关系V T(a)=S，将步骤二中的T^)的计算公式及步骤
三中的S的计算公式分别代入上述综合关系，可以得到衰减次数n;再将n代入
步骤一中的摆宽A与衰减次数n、衰减当量A的关系，得到衰减当量A。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点通过上述
优化设计方法的应用，能够使得横摆衰减的效果十分理想，大致上能够保证横
摆返回中心与收弧同步，能够提高收弧质量且工件表面更加美观。
图la为实施例一的横摆衰减过程原理图，从左边沿开始衰减；
图lb为实施例一的横摆衰减过程原理图，从右边沿开始衰减；
图2a为实施例二的横摆衰减过程原理图，从左边沿开始衰减；
图2b为实施例二的横摆衰减过程原理图，从右边沿开始衰减；
图3为现有的横摆衰减过程效果图，显示了衰减不足的问题；
图4为现有的横摆衰减过程效果图，显示了衰减超调的问题；
图5a为现有的横摆衰减过程效果图，横摆返回中心与收弧几乎同步，在可
接受的范围内略有不足；
图5b为现有的横摆衰减过程效果图，横摆返回中心与收弧几乎同步，在可
接受的范围内略有超调。
具体实施方式
实施例一
巳知为方便说明，设初始摆宽为2A，衰减速度(横向摆动速度)为V, 衰减时间(焊接收弧时何)为T,左停留时间为tl,右停留时间为t2,电机从 运动到停留的减速以及从停留到运动的加速时间之和为t3。
步骤一，列出半摆宽A与衰减次数n、衰减当量A的关系。
参见图中，从衰减开始(参见图la,自左边沿或参见图lb,自右边沿启动衰减)，
第1次衰减完毕累计衰减了 A ，摆动的摆幅为2A-A; 第2次衰减完毕累计衰减了 2A ,摆动的摆幅为2A-2A;
第3次衰减完毕累计衰减了 3A,摆动的摆幅为2A-3A; 第4次衰减完毕累计衰减了 4A，摆动的摆幅为2A-4A;
第5次衰减完毕累计衰减了 5A ，摆动的摆幅为2A-5A; 第6次衰减完毕累计衰减了 6A ,摆动的摆幅为2A-6A;
第i次衰减完毕累计衰减了 i A ,摆动的摆幅为2A-iA;
第(i + l)次衰减完毕累计衰减了 (i + l) A ,摆动的摆幅为2A-(i + l) A ;
第(n-l)次衰减完毕累计衰减了 (n-1) A ，摆动的摆幅为2A-(n-l) A ; 第n次衰减完毕累计衰减了 nA,摆动的摆幅为2A-nA;
若要使得横摆收弧时能够收在横摆中心，不妨假设第n次衰减完毕时摆动
的摆幅为厶，即2A-nA = A，那么就有关系A=2A/(n+l)..................①
式①的结论很重要，发现不了这一规律也就没有办法进行下一步的计算。
步骤二，列出横摆匀速运动时间T(w的计算公式
横摆在衰减的过程中要经历左停留tl时间、右停留t2时间，并且从运动 到停留以及从停留到运动还要经历短暂的减速以及加速过程t3时间(该时间通 常很短，为毫秒级别)。为了方便计算，假设横摆以恒加速度进行加速及减速， 则在衰减总路程S上，横摆匀速运动的时间为
T(匀)=T-[(n-l)/2]t:i-[(n-l)/2]t2-(n/2)t3
=T-[n(tl+t2+t3)/2] + [(tl+t2)/2].................................②
说明，上式的来源为，横摆每次衰减要经历加速过程、停留(tl或t2)过程、 减速过程，其中加速减速时间和为t3，由于假设横摆以恒加速度进行加减速， 故将每次加减速时间损耗总和认为是t3的一半，这样的加减速共有n次；左停 留次数和右停留次数分别为(n-l)/2次。步骤三，通过步骤一的路程递减数列，列出衰减结束时总的行程S为
S=2nA-(n+l)n厶/2....................................③
将式①代入式③，可以得到
S=nA....................................................................................④
步骤四，综合列式计算 由于存在
V T(匀)=S..............................................................................
将②、④代入(D,则有
n=[(2T+tl+t2)V]/[2A+(tl+t2+t3)V]........... ...........................⑥
其中，V、 T、 A、 tl、 t2、 t3都是已知量，则n能够通过上述式⑥得出。将 n反代入式①，则可以得到衰减当量A。
实施例二
巳知为方便说明，设初始摆宽为2A，衰减速度为V，衰减时间为T，左停 留时间为tl，右停留时间为t2,电机从运动到停留的减速以及从停留到运动的 加速时间之和为t3。
步骤一，列出半摆宽A与衰减次数n、衰减当量A的关系。 参见图中，从衰减开始(参见图2a，自左边沿或参见图2b,自右边沿启动 衰减)，
第1次衰减完毕累计衰减了 A ,摆动的摆幅为2A-A; 第2次衰减完毕累计衰减了 3A ，摆动的摆幅为2A-3A;
第3次衰减完毕累计衰减了 5A ，摆动的摆幅为2A-5A; 第4次衰减完毕累计衰减了 7A,摆动的摆幅为2A-7A;
第5次衰减完毕累计衰减了 9A ，摆动的摆幅为2A-9A; 第6次衰减完毕累计衰减了 11A,摆动的摆幅为2A-11 A ;第i次衰减完毕累计衰减了 (2i-l) A ，摆动的摆幅为2A-(2i-l) A ;
第n次衰减完毕累计衰减了 (2n-1) A ,摆动的摆幅为2A-(2n-1) A ;
若要使得横摆收弧时能够收在横摆中心，不妨假设第n次衰减完毕时摆动
的摆幅为A,即2A-(2n-1) A = A ,那么就有关系A =A/n.................. (7)
式(7)的结论很重要，发现不了这一规律也就没有办法进行下一步的计算。
步骤二，列出横摆匀速运动时间T(w的计算公式
横摆在衰减的过程中要经历左停留tl时间、右停留t2时间，并且从运动 到停留以及从停留到运动还要经历短暂的减速以及加速过程t3时间(该时间通 常很短，为毫秒级别)。为了方便计算，假设横摆以恒加速度进行加速及减速， 则在衰减总路程S上，横摆匀速运动的时间为
T(匀)=T-[(n-l)/2]tl—[(n—l)/2]t2—(n/2)t3
=T-[n(tl+t2+t3)/2] + [(tl+t2)/2]........................... (8)
说明，上式的来源为，横摆每次衰减要经历加速过程、停留(tl或t2)过程、 减速过程，其中加速减速时间和为t3，由于假设横摆以恒加速度进行加减速， 故将每次加减速时间损耗总和认为是t3的一半，这样的加减速共有n次；左停 留次数和右停留次数分别为(n-1)/2次。
步骤三，通过步骤一的路程递减数列，列出衰减结束时总的行程S为
S=2nA—nnA................................................... .............. (9)
将式(7)代入式(9),可以得到
S=nA................................................................................. (10)
步骤四，综合列式计算 由于存在
VT(匀)=S.............................................. ............................... (11)
将(8)、 (10)代入(11),则有
n=[(2T+tl+t2)V]/[2A+(tl+t2+t3)V].................................... ( 12)其中，V、 T、 A、 tl、 t2、 t3都是已知量，则n能够通过上述式(12)得出。 将n反代入式(7),则可以得到衰减当量A。
同理，当按3A等差衰减时，令最后一次摆动的摆幅2A-(3n-2) △=△时， 同样能得出衰减结束时总的行程S=nA; n=[(2T+tl+t2)V]/[2A+(tl+t2+t3)V]
结论1)、按衰减当量的倍数kA(k为自然数)等差衰减时，n次衰减完毕 之后，总的实际摆幅与总的衰减掉的路程相等(各占nA),但前 提是必须假设最后一次衰减完毕时摆动的摆幅是衰减当量的 值。
2) 、按衰减当量的倍数kA (k为自然数)等差衰减时，总的行程S的
表达式都相同。但因为存在上述的一个重要假设(即第n次衰 减完毕时摆动的摆幅为衰减当量A),当按不同的等差数列衰减 时会得到不同的A值。在程序处理时n的值可不必计算出，将n 的表达式代入步骤一得到的A的表达式，求出A关于A、 V、 T、 tl、 t2、 t3的表达式，计算出A的值并按照预定精度要求对其
四舍五入即可。这样，衰减结束时焊枪相对横摆中心会有一个 偏差，但是该偏差会很小(通常是在半个衰减当量A范围内，参
见图5),这在焊接工艺中是能够被接受的。
3) 、实际应用中，考虑到衰减的效果和程序处理的方便， 一般优选
取1^1(即按实施例一的方法衰减)。
以上介绍在于说明本发明的原理。按照上述介绍的算法经编程、调试、试 验和应用情况来看，其整体衰减效果十分理想，大多数时候都能较准确的收弧 在横摆中心，偶尔只在最后产生的偏差(不足或超调，参见图5)也十分微小(通 常在lmm以内)，但这远不能影响整体衰减的效果。
权利要求
1、一种横摆衰减优化设计方法，预设初始摆宽为2A、衰减速度为V、衰减时间T；其特征在于该方法包括如下步骤步骤一，横摆衰减开始后，使得横摆衰减的每一步摆幅相比上一步摆幅按照预定规律衰减，该衰减规律与衰减当量Δ有关，且该规律满足使得横摆的最后一步走完后横摆回到中心，根据该横摆的最后一步列出摆宽2A与衰减次数n、衰减当量Δ的关系；步骤二，用预设衰减时间减去所有的左停留时间、右停留时间、加速时间损耗、减速时间损耗，得到横摆匀速运动时间T(匀)与衰减次数n的关系；步骤三，通过步骤一的规律数列，列出衰减的总路程S与衰减次数n、衰减当量Δ的关系，将步骤一中得出的摆宽2A与衰减次数n、衰减当量Δ的关系代入该总路程S公式，得到S与衰减次数n的关系；步骤四，根据综合关系V T(匀)＝S，将步骤二中的T(匀)的计算公式及步骤三中的S的计算公式分别代入上述综合关系，得到衰减次数n；再将n代入步骤一中的摆宽2A与衰减次数n、衰减当量Δ的关系，得到衰减当量Δ。
2、 根据权利要求1所述的横摆衰减优化设计方法，其特征在于步骤一中 的衰减规律为横摆从左边沿或右边沿启动衰减，每一次摆幅相对于上一次摆幅 衰减了衰减当量A，且最后一次横摆衰减完毕时其摆幅为A 。
3、 根据权利要求l所述的横摆衰减优化设计方法，其特征在于步骤一中 的衰减规律为横摆从左边沿或右边沿启动衰减，每一次摆幅相对于上一次摆 幅衰减了2A，且最后一次横摆衰减完毕时其摆幅为A 。
全文摘要
本发明涉及一种横摆衰减优化设计方法，在已知初始摆宽2A、衰减速度V、衰减时间T的情况下，采用以下步骤步骤一，使得横摆衰减的每一步摆幅相比上一步摆幅按照预定规律衰减，根据横摆最后一步列出A与衰减次数n、衰减当量Δ的关系；步骤二，得到横摆匀速运动时间T<sub>(匀)</sub>与n的关系；步骤三，通过步骤一的规律数列，列出衰减的总路程S与n、Δ的关系，将Δ用n替代，得到S与n的关系；步骤四，根据综合关系VT<sub>(匀)</sub>＝S，得到衰减次数n；再将n代入步骤一中的A与n、Δ的关系，得到Δ。通过上述优化设计方法的应用，能够使得横摆衰减的效果十分理想，大致上能够保证横摆返回中心与收弧同步，能够提高收弧质量且工件表面更加美观。
文档编号G06F17/50GK101446992SQ20081013661
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者贺 马 申请人:昆山华恒工程技术中心有限公司