基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法

摘要

基于大步距标定和局部Newton插值的焊接参数调节方法，步骤包括：将若干焊接效果好的标定工作点参数，通过Newton插值自动生成区间内的其它工作点的参数，从而达到“连续调节”的效果，弥补了数字化弧焊电源离散化分段调节的缺陷；针对不同的参数生成方式，提出不同属性优先级的焊接参数存储模式，使焊接参数实现最优化。本发明实现了多种焊接工艺，包括CO

说明书

技术领域

本发明属于高端焊接技术领域，特别涉及到一种基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法。

背景技术

数字化焊机具有参数一元化、多功能集成、工艺控制灵活，控制精度高和人性化操作界面等优点。在普通数字化焊机数据库中，为了实现输出控制的精细调节，数据库中需要存储大量的焊接参数。这样一方面要对数以千计的焊接参数进行逐一试验，工作量巨大；另一方面，如此庞大而精确的静态数据库，必然存在着严重的“全局风险”；即同一型号的数字化焊机，由于每台焊机元器件和其他参数与标定试验样机有一定的差异，如电路元件参数漂移，送丝电机或送丝导管摩擦系数差异等，会导致焊接参数与送丝速度不匹配，最终造成焊接数据库全局失效。当出现这类问题的时候，如果继续从专家数据系统中读取任何一组参数，都会出现送丝不匹配的现象，影响焊接稳定性。此外有些操作者喜欢偏硬的电弧和较长的干伸长，而有的则恰好相反。假设焊接专家数据库是根据前一种焊接工作者的习惯编写的，那么对于后者来说则不太习惯。对于某个特定的参数，也许可以通过微调送丝来改善，但是面对的几千组数据，需要大量的调试试验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于大步距标定和局部Newton插值的焊接参数调节方法，由若干焊接效果好的标定工作点参数，自动生成区间内的其它工作点的参数，从而达到“连续调节”的效果，弥补了数字化弧焊电源离散化分段调节的缺陷。

基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法，步骤包括：

A:确定焊接参数专家数据库的焊接参数的初始值，所述初始值选取为参数范围内的有限个均匀分布的参数点；

B：根据有限个均匀分布的参数点以局部Newton插值算法计算得到参数范围内的其它参数点；

C：将参数点存储至E2PROM中。

所述步骤A中包括：

A1：将焊接参数按产生属性分为三类：初始化类、实际保存类和自动生成类，初始化类是大步距标定的焊接参数；实际保存类是在使用过程中保存的良好焊接参数；自动生成类是通过参数自调节算法生成的焊接参数；

A2：大步距标定完成后，已有焊接参数全都是初始化类，其他焊接参数存储为空，当调节至非标定参数时，对初始化类焊接参数采用局部Newton插值算法自动生成；如果此参数合适或者经微调后合适，将它保存为实际保存类焊接参数，如果不保存，则保留自动生成类焊接参数；当调节至标定参数时，如果此参数合适或者经微调后合适，可以将它保存为实际保存类焊接参数，并覆盖原来的初始化类焊接参数；

A2：后续使用中，当调节至未标定焊接参数点时，按照实际保存类→初始化类→自动生成类的优先级顺序选取计算点，采用局部Newton插值算法自动生成自动生成类焊接参数，如果焊接参数合适或者经微调后合适，将它保存为实际保存类焊接参数；同时，当调节至已标定初始化类、实际保存类和自动生成类焊接参数点时，可以通过保存为新的实际保存类焊接参数，覆盖原来的属性；

A4：持续按照实际保存类→初始化类→自动生成类的优先级顺序选取计算点，采用局部Newton插值算法自动生成自动生成类焊接参数，通过微调合理后保存为实际保存类焊接参数。

所述局部Newton插值算法为三点二次局部Newton插值算法。

所述焊接参数包括焊接工艺、焊丝丝径和焊接电流。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1. 本发明在国内首次提出一种基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法，与常规焊接专家数据库建立方法相比，所需试验数量大大减少，数字化焊机产品的开发周期和开发成本大大下降；

2．本发明专利采用大步距标定和局部Newton插值的参数自调节算法生成的焊接参数可以实现CO₂焊和P-GMAW焊等焊接工艺，该算法的具有普适性，可以满足多种焊接工艺的大容量专家数据库的需求。试验证明采用生成的新参数进行焊接，焊缝成形良好。

3． 本发明采用不同的参数生成方式，提出了不同属性优先级的焊接参数存储模式，可以使焊接参数实现最优化。

4．本发明利用大步距标定和局部Newton插值的参数自调节算法，可实现焊接参数覆盖；实现数字化焊机的自学习功能，使得焊接参数 “越用越好用”，满足人们对于数字化焊机“智能化”的要求。

附图说明

图1是本发明的基于大步距标定和Newton插值的焊接参数调节方法的一个实施例的调节原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明，但是本发明的实施方法和要求保护的范围并不局限于此。

1．大步距标定原理：大步距标定的目标是确定专家数据库的方向和骨架，为智能焊机确定参数的初始值，细化的专家数据是通过自调节产生的。大步距标定，是指数字化焊机数据库在初始化时，改变其精细标定的策略，只对若干典型参数进行标定。如以1.2mm碳钢焊丝的P-GMAW焊为例，假设焊接电流调节范围为80A到350A，那么可以设定步距为20A，也就是说对80A到350A每隔20A的电流所对应焊接参数进行标定。

2．局部Newton插值算法：参数自调节算法描述中提到的局部Newton插值算法，是参数自调节的基础核心问题。Newton插值中引入了均差的概念，它是一种自适应算法，同时也便于估算误差。为了避免高次插值多项的龙格（Runge）振荡现象，通常采用分段局部低阶插值方法，如局部线性插值、局部二次插值、三次插值等。在本发明的智能焊机参数自动生成中，需要在插值有效性和生成速度间权衡考虑。本发明采用三点二次局部Newton插值，可以获得较高的参数有效度，同时在处理器上计算的速度非常迅速。

3. 一元化插值参数的存储。为了保证存储参数掉电不丢失，本设计将焊接参数全部保存在E2PROM中。根据不同的焊接工艺、不同的丝径和不同的焊接电流输出，将一元化参数进行相应的地址映射。在本发明焊接参数的调节过程中，不能像模拟式焊机那样连续调节，但是可以通过阶梯的精确划分，使参数调节尽量精确。

如图1所示为本发明的一具体实施例的大步距标定原理图。大步距标定的目标是确定专家数据库的方向和骨架，为智能焊机确定参数的初始值，细化的专家数据是通过自调节产生的。下面介绍本方法的实现过程：

（1）将全部的焊接参数按产生属性分为三类：初始化类（0类）、实际保存类（1类）、自动生成类（2类）。初始化类就是大步距标定的参数；实际保存类是在使用过程中保存的良好焊接参数；自动生成类是通过参数自调节算法生成的参数。

（2）大步距标定完成后，已有参数全都是0类参数，其他参数存储为空。当调节至非标定参数（如155A）时，对0类参数采用局部Newton插值算法自动生成，如果此参数合适或者经微调后合适，可以将它保存为1类参数，如果不保存，则保留2类参数属性。当调节至标定参数（如120A）时，如果此参数合适或者经微调后合适，可以将它保存为1类参数，并覆盖原来的0类参数。

（3）后续使用中，当调节至未标定参数点时，按照“1类→0类→2类”的优先级顺序选取计算点，采用局部Newton插值算法自动生成2类参数，如果参数合适或者经微调后合适，可将它保存为1类参数。同时，当调节至已标定1类、0类、2类参数点时，可以通过保存为新的1类参数，覆盖原来的属性。

（4）持续按照“1类→0类→2类”的优先级顺序选取计算点，采用局部Newton插值算法自动生成2类参数，通过微调合理后保存为1类参数，使专家数据库保持动态最佳状态。

本发明中局部Newton插值算法是基础核心问题。Newton插值中引入了均差的概念，它是一种自适应算法，同时也便于估算误差。为了避免高次插值多项的龙格（Runge）振荡现象，通常采用分段局部低阶插值方法，如局部线性插值、局部二次插值、三次插值等。在本发明的智能焊机参数自动生成中，需要在插值有效性和生成速度间权衡考虑。本发明采用三点二次局部Newton插值，可以获得较高的参数有效度，同时在微理器上计算的速度非常迅速。

在软件编程中，Newton插值算法通过迭代实现，假设已经知道，                                               ，…n个点的值，要求某对应的值，可用图1所示的流程图来描述。在本发明的应用中，采用三点二次插值。值得注意的问题是，在局部插值过程中插值参考点的选择。根据焊接参数的相关性，在选择局部插值参考点的时候采用就近原则和优选原则。

（1）就近原则。对于某插值点x，选择的局部插值参考点应该是能搜索到的离它最近的有效点，因为这些点和x的相关性最强。

（2）优选原则。选择的局部插值参考点优先考虑1类属性参数，如果没有1类属性的参数点则选择0类参数，最后考虑2类参数。因为1类参数包含的有效信息最多，2类参数是自动生成的，包含的有效信息是未经确认的，如果再用它来作参考点，会将这种未经确认的信息繁衍下去，降低插值点的有效性。