[发明专利]一种基于超声波焊接的金属材料焊接方法及控制系统

权利要求书

1.一种基于超声波焊接的金属材料焊接方法，其特征在于，所述基于超声波焊接的金属材料焊接方法包括以下步骤：

步骤一：将需要焊接的金属材料放置于焊接设备上，通过信号采集与分析模块对原材料的厚度、焊接条件进行检测，将检测的信息传输至中央调控模块；

步骤二：中央调控模块根据检测的信息控制发射模块选择合适的功率进行超声波发射，并进行输出；

步骤三：根据超声波的输出功率控制换能模块将高频电能转换为与超声波输出频率一致的机械振动；谐振频率的跟踪采用PI控制器进行自动频率跟踪；

步骤四：同时中央调控模块控制驱动模块对换能模块进行驱动，促进系统的运行；

步骤五：采用模糊聚类分析算法对超声波的发射时间、换能时间及焊接情况进行检测，将检测的信息传输至中央调控模块，中央调控模块采用基于云计算系统的LBFA算法实现对各模块的分析与调控；

采用模糊聚类分析算法的步骤为：

(1)数据标准，对原始指标数据矩阵Xnm作如下两种变换：

①平移*标准差变换:

其中：i＝1，2…n；k＝1，2，…，m；

②平移*极差变换:

其中k＝1，2，…，m；

(2)建立模糊相似矩阵

应用数量积法求出被分类对象间相似程度的相似系数r_ij，建立模糊相似矩阵R＝(r_ij)，数量积法计算公式为：

其中

(3)建立模糊等价关系矩阵

由模糊相似矩阵，用平方法求R的传递闭包t(R)＝R*，求R2＝RR，R4＝R2R2，……经n次褶积运算后，得到R2n＝Rn；则R*＝Rn，即是所求的模糊等价关系矩阵；

(4)模糊聚类

根据模糊等价关系矩阵，取不同的置信水平，得到不同的归类情况，随着置信水平的值不断降低，由细到粗逐渐分类，得到聚类结果；

中央调控模块采用基于云计算系统的LBFA算法实现对各模块的分析与调控包括：

(1)计算云计算系统当前相空间投影的重心G的位置(X，Y)；

(2)接收当前的负载值，负载向量(a，b)；

(3)计算位于相空间中最优子相空间中节点被分配了当前负载后系统的ΔLB值；

(4)选取当前ΔLB最小的节点进行任务分配，保证分配后的系统负载均衡度LB最小；

(5)重新计算系统在相空间中当前的重心位置，根据公式

(6)利用本次分配的负载值直接算出新的重心位置；

(7)返回(2)开始新的分配过程。

2.如权利要求1所述的基于超声波焊接的金属材料焊接方法，其特征在于，谐振频率的跟踪采用PI控制器进行自动频率跟踪方法为：根据给定值x(t)与实际值y(t)构成控制偏差，给定值x(t)与实际值y(t)的偏差为：

e(t)＝x(t)-y(t)；

将偏差通过比例、积分的线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，成为PI控制，控制规律为：

式中：K_p：PI控制器比例系统；T_i：PI控制器的积分时间系数；

K_i＝K_P/T_i:PI控制器的积分系数；其中比例环节构成比例地反映系统的偏差信号。