В результате расчетов характеристик дифференциальных рент геновских датчиков в диапазоне изменения ускоряющих напряжений от 20 до 120 кВ и изменения величины непроплава от 0,01 до 1 см по правка А1 может быть рассчитана в соответствии с выражением
= 0,144 i -0,0432.
Таким образом, для стабилизации заданной величины непропла ва £ в рассматриваемом способе необходимо установить фильтр из материала, одинакового с обрабатываемым изделием, толщина которо го вычислена в соответствии с выражением
£ф = 1,144 ^ -0,0432.
Преимущество предложенного способа стабилизации заключа ется в том, что в данном случае не требуется контролировать ток пучка и ускоряющее напряжение. Кроме того, повышается помехозащищен ность метода за счет того, что помехи, связанные с пульсациями тока пучка, в дифференциальном датчике компенсируются. Для реализации способа не требуется применение вычислительной техники.
На рис. 6.12 изображена структурная схема системы стабилиза ции величины непроплава.
Рис. 6.12. Структурная схема системы стабилизации величины непроплава
Поскольку на элемент сравнения поступают пиковые значения сигнала рентгеновского датчика, то система является импульсной сис темой автоматического регулирования. Формирующий элемент являет ся экстраполятором нулевого порядка. В качестве входного воздейст вия рассматривается заданное значение величины непроплава 10, в ка
честве выходной величины - текущее значение величины непроплава I.
На элемент сравнения поступают сигналы рентгеновских датчиков сверху и снизу. Звено В / £ 0 соответствует линеаризованному уравне
нию (6.24), описывающему связь между величиной непроплава и ин тенсивностью рентгеновского излучения, воспринимаемой датчиком. Динамическое звено Kyc/S соответствует введенному в контур управле
ния интегратору, динамическое звено WQ (S) - замкнутому каналу стабилизации тока электронного пучка. WK(S) - передаточная функция канала проплавления, имеющая вид апериодического звена с постоян ной времени, определяемой выражением (6.20).
Анализ и синтез системы стабилизации производится методами теории импульсных систем автоматического регулирования. Погреш ность стабилизации связана с воздействием случайных помех и состав ляет 5... 10 % от величины непроплава. Поскольку обычно величина непроплава на порядок меньше глубины проплавления, то погрешность стабилизации глубины проплавления оказывается достаточно малой и составляет 1.. .2 %.
Глава 7
ВОПРОСЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ КОМПЛЕКСА СРЕДСТВ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛС
Представленные в предыдущих главах результаты исследований позволяют определить структуру системы и схемотехнические реше ния, отвечающие как общим требованиям, предъявляемым к системам автоматического управления, так и специальным, отражающим услови ям их работы в технологических комплексах ЭЛС.
В Сибирской аэрокосмической академии имени академика М. Ф. Решетнева в течение длительного времени проводится работа по созданию систем автоматического управления ЭЛС. В результате этих исследований был разработан ряд устройств, функционирующих в соответствии с изложенными в данной работе принципами. Эти средст ва управления прошли эволюцию от простейших устройств контроля, помогающих оператору проводить технологический процесс; до авто матизированных вычислительных комплексов, проводящих весь про цесс ЭЛС в автоматическом режиме. Важнейшим направлением со вершенствования систем управления является расширение их функ циональных возможностей и повышение надежности функционирова ния. Это достигается реализацией гибких алгоритмов управления в условиях воздействия различных возмущающих факторов. К числу таких факторов следует отнести влияние магнитных полей, вызванных остаточной намагниченностью свариваемых изделий или применением оснастки из магнитных материалов, наличие прихваток, конструктив ные особенности обрабатываемых изделий, технологические особенно сти начала и окончания сварки и другие условия, имеющие место на практике. Обеспечить гибкую адаптацию ко всем возможным ситуаци ям в одной системе не представляется возможным. Поэтому реализова но несколько вариантов систем автоматического управления ЭЛС при менительно к определенным типам изделий.
Повышение надежности функционирования достигается введе нием специальной обработки информации, поступающей от датчиков. К таким видам обработки относятся частотно-селективная фильтрация, объединенная с методом синхронного детектирования, метод синхрон ного накопления и определение среднего значения по результатам не скольких операций, которые рассмотрены выше.
Многие виды обработки требуют применения вычислительной техники. Поэтому современный уровень создания систем управления ЭЛС требует микропроцессорной техники. На этой технике реализуют ся такие устройства управления ЭЛС, как системы слежения по стыку,
управление диаметром пучка, управление глубиной проплавления. Принимая во внимание перспективность применения микропроцессор ных средств, необходимо предусмотреть согласование локальных вы числительных средств в единый комплекс. В этом случае одна из ло кальных подсистем берет на себя функции координирующей подсисте мы. Обычно такие функции целесообразно возложить на систему сле жения по стыку, которая может разделять процесс ЭЛС на несколько фаз и на каждой фазе формировать управляющие воздействия на дру гие подсистемы.
Проведенный анализ помехозащищенности показывает, что наи большей надежностью обладают системы слежения по стыку с предва рительной записью программы на малом токе и последующем ее вос произведением на технологическом токе электронного пучка. Такая система, при наличии средств оценки достоверности информации, по зволяет оператору ввести необходимые коррективы в программу стыка. За счет этого практически исключается вероятность случайного сбоя. Контроллер микропроцессорной системы задействован в процесс обра ботки информации на первом этапе записи траектории стыка. На этапе воспроизведения траектории его функции в системе слежения по стыку ограничиваются лишь операциями извлечения из памяти и пересылки информации в исполнительные устройства в моменты времени, опре деляемые датчиком перемещения изделия. Высвободившиеся вычисли тельные ресурсы вполне достаточны для осуществления координации работы других подсистем комплекса. Роль оператора заключается в наблюдении за процессом и переводе системы в различные режимы работы.
Как уже отмечалось, существует несколько вариантов исполне ния различных систем, которые отличаются функциональными воз можностями, технологическими особенностями и сложностью. При выборе того или иного варианта системы следует исходить из техноло гических процессов конкретных изделий, обрабатываемого материала, наличия магнитных полей, экономической целесообразности и других обстоятельств.
7.1.Реализация систем слежения по стыку и фокусировки
спредварительной записью программы
На рис. 7.1 представлена функциональная схема автоматизиро ванной системы позиционирования пучка по стыку свариваемых дета лей [8; 101]. Информация о положении пучка относительно стыка вы деляется методом синхронного детектирования. С помощью генератора Г
осуществляется формирование двух периодических составляющих: поискового синусоидального и опорного прямоугольного сигналов с частотой соь Первая составляющая через фазовращатель Ф В , сумматор £ и усилитель мощности поступает в отклоняющую систему электрон но-лучевой пушки и организует сканирование электронного пучка час тотой (Oi и амплитудой ет. Вторая составляющая поступает на опорный вход синхронного детектора СД. Фазовращателем исключается сдвиг фазы между информационной составляющей сигнала коллектора вто
ричных электронов и опорным напряжением. Избирательный усили тель настроен на первую гармонику сигнала сканирования, т. е. на час тоту (0).
Рис. 7.1. Функциональная схема автоматизированной системы позицио нирования электронного пучка по стыку свариваемой детали
Введение в контур регулирования интегратора И обеспечивает в системе астатизм первого порядка, за счет чего повышается точность регулирования. Другим положительным эффектом применения инте гратора является сохранение на его выходе управляющего сигнала при