基于粗糙集理论铝合金脉冲gtaw过程知识建模的智能控制方法研究

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1、上海交通大学硕士学位论文摘要基于粗糙集理论铝合金脉冲GTAW过程知识建模的智能控制方法研究摘要脉冲气体保护钨极氩弧焊(GTAW)是一种重要的金属焊接工艺，可以用来得到高质量的焊缝，因而在航天等需要精密焊接制造的领域中有着广泛的应用。为了满足其对于焊缝精密成形质量的要求，需要对焊接过程的动态性进行实时控制，因此，GTAW过程的动态特征提取以及熔透的实时控制一直以来都是焊接学术领域与工程应用领域研究的热点和难点。目前，大量弧焊方面的工作集中于对GTAW，尤其是对其熔透控制的研究。由于焊缝的熔透状态取决于背面焊道的宽度，熔透控制可以被归结为对熔池背面熔宽的控制。熟练焊工通过观察熔池的状态调节焊

2、接参数，从而实现对熔透状态的精确控制。但是由于焊工不能在恶劣环境下长时间工作，实现GTAW过程的自动控制在焊接界显得尤为重要。然而，由于GTAW是一个存在热干扰、工件的散热条件变化、热变形等诸多因素干扰的复杂系统，很难设计传统的控制器，要实现GTAW过程的自动控制并不简单。粗糙集理论是1982年由波兰数学家Z.Pawlak教授提出的一种发现第I页上海交通大学硕士学位论文摘要海量不精确、不完整和不确定数据内在联系的数学工具它提供了一种新型的分析数据、自动提取规则的方法。将控制过程的观测数据以决策规则选择机制，被定义为粗糙控制器。其特点是结构简单，易于实现，速度快。对于实现复杂过程的自动控制

3、，具有重要意义。本课题针对焊接工艺的人工经验操作特点，依据大量的直接焊接过程试验数据，研究了基于粗糙集理论的焊接过程知识建模与在线控制方法，从直接的方式模拟焊工基于观察感觉、经验知识运用、推理决策及实时适应性操作实现的智能行为，为推动焊接智能化关键技术的实现提供了理论和应用基础。在本文第二章中介绍了粗糙集理论的基本概念，在第三章中介绍了基于粗糙集理论的铝合金脉冲GTAW过程的建模方法，在第四章中介绍了基于粗糙集理论的铝合金脉冲GTAW过程的智能控制方法，最后介绍了其工艺实验，实验结果表明将这种方法运用于GTAW过程，可以取得令人满意的精度和效果。关键词：铝合金，脉冲GTAW过程，粗糙集，

4、知识建模，智能控制第II页上海交通大学工程硕士学位论文ABSTRACTRESEARCHONROUGHSETBASEDMODELLINGFORCONTROLLINGOFALLUMINIUMALLOYPULSEDGTAWPROCESSABSTRACTPulsedGTAWisanimportantmetal’sweldingtechiniques,whichcanbeusedtoobtainthehighqualityweldingbead,whichcanbeusedinsuchfieldasspaceflight.Tomeettheneedofweldquality,oneshouldco

5、ntrolthedynamicsoftheweldprocess.Sotheextractionofthedynamiccharacteristiccanalwaysbeanimportantresearchfiled.Now,mostworkcanconcentrateonGTAW,especiallythepenetrationcontrolofweldpool.Becausethepenetrationdependsonthewidthoftheweldbead,sothecontrolofweldpenetrationcanbeconcludeintothecontrolofba

6、cksidewidthofweldpool.Skilledwelderscandynamicallyadjustthewledparametersbyobservingtheweldpool,andthenfufillthecontrolofthepenetration.Buthumancannotalwaysworkintheardureworkenvironment,soitisimportantoffulfilltheautomatedcontrolofweldprocess.Butbecauseweldprocessisatypicalcomplexprocess,itisnot

7、easytofulfilltheprocess.Roughsettheoryisanewmathematicalapproachtodealwithimprecision,vaguenessanduncertainty.PPItuseslowerandupperapproximationofaconcepttodiscoverfundamentalpatternsindata.Byinterpretingtheobtainedres