Диссертация (Разработка методики адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов), страница 10

3.8).∆P1DМесто∆P2EМестоPin1CPin2МестоBМестоЕсли [Pin1 = C и P in2 = B] то [∆P 1= C и ∆P 2 = B]Рис. 3.8.Формализация законов управления в формате «если – то»67Предложенный подход к формализации управляющих воздействийпозволяет учитывать только ту часть экспериментальных данных, в которыхоператоромбылопринятооднозначноерешениеонеобходимостикорректировки процесса сварки в соответствии со своими наблюдениями,которые, за счет применения измерительных устройств представлены в видепараметров геометрии стыка.Подход позволяет исключить из законов управления «паразитные»зависимости, вызванные возможными ошибками оператора оборудования и егонеспособностью корректировать процесс непрерывно.

При этом, использованиев качестве шагов квантования критических возмущений обосновывает разумнуюдетализацию численных параметров геометрии кромок и параметров режимасварки в законе управления для упрощения дальнейшего синтеза управляющихвоздействий в реальной системе.3.3.2. Применение предложенного подхода к формализации законовуправления процессом сварки корневого слоя шваСогласно подходу, на начальном этапе выполняется квантованиекомпонент вектора управляющих воздействий ∆ (∆,∆,∆,∆) всоответствии с введёнными оператором оборудования уровнями управляющихвоздействий при проведении соответствующего эксперимента (Рис.

3.9).В соответствии с экспериментальными данными, полученными врезультате сварке трёх стыков трубопроводов с возмущениями геометриикромок и корректировкой режимов сварки оператором оборудования с пульта, сиспользованием предложенного в работе подхода были установлены следующиеуровни управляющих воздействий для компонент вектора корректировокпараметров режима сварки ∆ (Таблица 7).Значение, мм/сЗначение, мм/сЗначение, АЗначение, мм68Рис. 3.9.Получение уровней управляющих воздействий в системе «геометрия сборки –параметры режима сварки» с использованием экспериментальных данныхТаблица 7.Полученные уровни управляющих воздействий системыКомпонентывектора ∆Амплитудаколебаний, ммБазовый ток, АСкоростьсварки, мм/сСкоростьпроволоки,мм/сОбозначениеЗначения уровней управляющих воздействийABCDEFGH∆0,20-0,2-0,5-0,7∆21,510,50∆0,40,30,10,05∆8543-1,0-1,20-0,05-0,110-0,1569Далее переходим к квантованию возмущений геометрии кромок, при этомшагом квантования согласно используемому подходу являются установленныеранее минимальные критические возмущения параметров сборки стыка,которые, напомним, были установлены ранее: 0,5 мм для зазора ( ) и 0,5 мм дляперекоса кромок ( ).

Минимальное критическое возмущение для притупленияправой (п)и левой (л)кромки было заимствовано из работы [79,80] и такжеравняется 0,5 мм. Таким образом, на полученные экспериментальные данные потрём стыкам была условна наложена линейная сетка с шагом 0,5 мм для каждогоЗначение, мм. (Рис. 3.10).Значение, ммЗначение, ммЗначение, ммиз компонент вектораРис. 3.10.Наложение линейной сетки на компоненты вектора возмущений геометриистыка70В соответствии с установленными ранее диапазонами изменениябыли получены следующие уровни геометрическихкомпонент векторавозмущений сборки стыка (Таблица 8).Таблица 8.Установленные уровни возмущений системы "геометрия сборки – параметрырежима сварки"КомпонентыОбознЗначения уровней управляющих воздействийачениеABCD2,52,01,51,0Зазор, мм4,54,03,53,02,5Перекос, мм1,51,00,50-0,5вектораПритупление,п лммEFGH-1,0-1,5Далее, согласно схеме предложенного похода для системы с четырьмявходами и четырьмя выходами выполнялось сопоставление мест переходакомпонент вектора управляющих воздействий ∆ с одного уровня на другой иуровней компонент вектора возмущений геометрии кромок, в результате чегобыл получен набор законов управления указанной системой в формате «если то»:Таблица 9.Полученные законы управления в системе "геометрия сборки – параметрырежима сварки"Если№п/плТо∆п∆∆∆1.ACDBAECF2.BCCCAEDF3.BBACAEFF4.BBCCBEFF71Таблица 9 (окончание).5.ABDBBEFE6.ADDDBEFD7.BCDDCAHC8.BDCCCAED9.BCCCAABF10.BABBDAAF11.ABBBADAE12.BBCCADAE13.CBEDADBE14.BBEDBEEF15.BCDDBEGF16.BBECBEGE17.BCECBEGD18.BCDCBEGC19.BBСBBEGB20.BBDCEEGB21.BCDCGEGB22.BBDCGBGB23.CCECFBDB24.CBECEBDA25.DBEDECDA26.CBECDCDA27.BCBBBEEF28.BCBCBEDF29.BCCBDBDFТаким образом, с использованием экспериментального набора данных ипредложенных подходов законы управления процессом сварки корневого слояшва в системе «геометрия сборки - оборудование» имеющих четыре входа ичетыре выхода были формализованы в виде набора правил в формате «если - то».723.4.

Обеспечения непрерывности синтеза управляющих воздействийв системе управления сварочным оборудованиемПри определённых законах управления процессом дальнейшим шагомявляется приведение их к виду и использованием методов, обеспечивающихнепрерывность синтеза управляющих воздействий в контролируемой системе.Поскольку, законы управления были получены в формате «если - то», логичнымподходом к их обработке является математический аппарат нечёткой логики,который ориентирован на базу знаний именно такого вида.3.4.1.

Структура методов на основе нечёткой логики для решения задачуправления процессамиМатематический аппарат нечеткой логики уже нашёл своё применение взадачах управления, и в частности управления сварочными процессами, и вцеломтам,гдеисходныеданныеявляютсяненадёжнымиислабоформализованными. Отметим, универсальность метода, которая выражается втеореме FAT (Fuzzy Approximation Theorem), доказанной Б. Коско в 1993 г.,согласнокоторойлюбаяматематическаязависимостьможетбытьаппроксимирована системой, основанной на нечеткой логике.Используемый в экспертных и управляющих системах механизм нечёткихвыводов в своей основе имеет базу знаний, формируемую специалистамипредметной области в виде совокупности правил вида «если – то»:Правило 1: если {=Аи= Б}, то { = F и= L},Правило 2: если {=Ви= Г}, то { = S и= Q}.Правило 3: если {=Ди= Е}, то { = R и= Z}.Здесьивходные переменные (имя для известных значений данных),и - переменные вывода (имя для значений данных, которые будутвычислены); {А, Б, В, Г, Д, Е} и {F, L, S, Q, R, Z} - функции принадлежности,определённые соответственно на входные и выходные параметры.

Система73указанных нечетких правил определяет базу правил, которая по сутипредставляет собой априорное знание эксперта о задаче.Рассмотрим алгоритм определения значений выходных переменныхв случае значений входных переменныхиидля рассматриваемого случаес тремя правилами.Рис. 3.11.Нечеткий вывод МамданиДля каждого правила из базы данных, по оси абсцисс откладываютсядействительные значения входной переменной и определяется значениефункции принадлежности (функции Гаусса, Рис. 3.11). Операция проводитсядля каждой входной переменной и для каждого правила.

Таким образом, длякаждого правила определяется степень принадлежности входной переменной74нечёткому множеству, определяемому правилом. Минимальные значенияфункций принадлежности по каждой из переменной используются дляопределения соответствующих значений функций принадлежности выходныхпеременных, которые позволяют определить диапазон нахождения истинногозначения выходных переменных для каждого правила. Учитывая эти диапазоны,действительные значения определяются посредством центроидного метода(метод центра тяжести).3.4.2. Применение методов нечеткой логики в задаче управленияпроцессом сварки корневого слоя шваРеализация описываемых подходов на основе нечеткой логики выполненав модуле Fuzzy Logic Toolbox программного комплекса Matlab (Рис.

3.12).Рассматриваемаясистема«геометриясборки-оборудование»былапредставлена в виде нечёткой системы с четырьмя входными переменными(зазор ( ), перекос ( ), притупление правой (п)и левой (л)кромки) ичетырьмя выходными переменными (приращение амплитуды колебаний (∆),скорости сварки (∆))), базового тока (∆) и скорости подачи проволоки(∆Рис. 3.12.Система нечеткого вывода для задачи адаптивного управления процессомсварки корневого слоя шва75Настройкавходныхивыходныхпараметровиихфункцийпринадлежности выполнялась с учётом установленных ранее характеристик, аименноопределённыеуправляющихуровнивоздействий.возмущенийТакимобразом,параметровгеометрииустанавливаласьифункцияпринадлежности треугольного типа для каждого уровня возмущений геометриистыка и для каждого уровня управляющего воздействия.

При этом, абсциссасредней вершины треугольника функции принадлежности совпадала созначением уровня, а абсциссы нижних вершин задавались равными значениямсоседних уровней (Рис. 3.13).Рис. 3.13.Настройка функций принадлежности входных и выходныхпараметров нечеткой системы в соответствии с априорными знаниямиУчёт априорных знаний об уровнях возмущений и управляющихконтролируемом процессе на этапе настройки нечёткой системы позволяет76минимизировать один из главных недостатков их применения: субъективностьнастройки функций принадлежности входных и выходных параметров системы.Формализованные ранее законы управления были введены в нечеткуюсистему (FIS, Fuzzy Inference System) в неизменном виде c одинаковыми весами(Рис.