本發(fā)明涉及電子信息，特別是涉及基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電弧穩(wěn)定性在線檢測方法。

背景技術(shù)：

1、實際的焊接系統(tǒng)常在不確定、多變的工況環(huán)境中工作，造成模型參數(shù)發(fā)生變化，使一般模型不能很好地適應(yīng)不確定或多變的工況，系統(tǒng)一般模型的輸出為電弧穩(wěn)定性評價指標的近似值，為了提高電弧穩(wěn)定性在線檢測的準確度，需要發(fā)明出一種在線建立適應(yīng)不確定工況的電弧穩(wěn)定性檢測系統(tǒng)自適應(yīng)模型的方法，實現(xiàn)模型參數(shù)根據(jù)工況在線自整定，提高電弧穩(wěn)定性在線檢測的準確度，有助于提高旋轉(zhuǎn)電弧傳感焊縫跟蹤精度及焊縫成形質(zhì)量，具有實際應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電弧穩(wěn)定性在線檢測方法，在線建立適應(yīng)不確定工況的電弧穩(wěn)定性檢測系統(tǒng)自適應(yīng)模型的方法，實現(xiàn)模型參數(shù)根據(jù)工況在線自整定，并進一步基于自適應(yīng)模型實現(xiàn)電弧穩(wěn)定性的精確檢測，有助于提高機器自動焊接的質(zhì)量。

2、為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電弧穩(wěn)定性在線檢測方法，包括：建立旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器輸入與輸出映射關(guān)系的一般模型及確定其重要的參數(shù)，基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)自適應(yīng)模型建立方法，基于自適應(yīng)模型的電弧穩(wěn)定性在線檢測方法。

4、進一步地，所述建立旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器輸入與輸出映射關(guān)系的一般模型及確定其重要的參數(shù)，具體內(nèi)容如下，旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器輸入與輸出映射關(guān)系的一般模型z()滿足下式，

5、w＝z(η(i),β(i),α(i),γ(i),αmax,γmax,a,b,c,d,σ)??(1)

6、式中，η(i)、β(i)、α(i)及γ(i)為旋轉(zhuǎn)電弧傳感信號的四個特征量，特征量η(i)可描述斷弧或接近斷弧的次數(shù)，特征量β(i)可描述同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)采樣焊接電流方向變化次數(shù)，特征量α(i)可描述同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)相鄰采樣焊接電流大小變化，特征量γ(i)可描述相鄰兩圈旋轉(zhuǎn)電弧的相同位置的采樣焊接電流大小變化，這四個特征量可由采集到的旋轉(zhuǎn)電弧傳感信號計算出。因此，參數(shù)αmax、γmax、a、b、c、d及σ的值決定了旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器輸入與輸出映射關(guān)系的一般模型的準確性。αmax為電弧不穩(wěn)定時α(i)的值，γmax為電弧不穩(wěn)定時γ(i)的值，σ為高斯函數(shù)的標準差，a為電弧穩(wěn)定點，b為電弧欠穩(wěn)定點，c為開始出現(xiàn)電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象時對應(yīng)的點，d為電弧不穩(wěn)定點。經(jīng)過理論分析及實驗驗證發(fā)現(xiàn)，參數(shù)c、d及σ的值滿足c＝1、d＝2及σ＝0.4。w為識別出的電弧穩(wěn)定性綜合評價指標。

7、由于參數(shù)αmax及γmax會隨著焊接參數(shù)及焊接工況的變化而發(fā)生改變，電弧穩(wěn)定性識別的準確度對于電弧穩(wěn)定點a及電弧欠穩(wěn)定點b很敏感。因此，參數(shù)αmax、γmax、a及b是決定旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器的輸入與輸出映射關(guān)系精確模型的四個重要的變參數(shù)，影響識別電弧穩(wěn)定性的準確度。

8、進一步地，基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電弧穩(wěn)定性在線檢測方案，具體內(nèi)容如下，首先，設(shè)計目標最優(yōu)準則，研究基于目標最優(yōu)在線自學習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)自適應(yīng)模型建立方法。然后，對前面建立的旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器一般模型的參數(shù)在線調(diào)整，建立基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電弧穩(wěn)定性與旋轉(zhuǎn)電弧傳感信號的自適應(yīng)模型，并且，計算電弧穩(wěn)定性評價指標對旋轉(zhuǎn)電弧傳感信號特征量的靈敏度。最后，研究基于自適應(yīng)模型的電弧穩(wěn)定性在線檢測方法，并進行電弧穩(wěn)定性在線檢測實驗，識別出電弧穩(wěn)定性綜合評價指標。

9、進一步地，所述基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)自適應(yīng)模型建立方法，具體內(nèi)容如下，系統(tǒng)一般模型的輸出為電弧穩(wěn)定性評價指標的近似值，而基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)模型可以使識別出的電弧穩(wěn)定性評價指標更準確。如果工況及焊接參數(shù)變化，使電弧穩(wěn)定性與旋轉(zhuǎn)電弧傳感信號映射關(guān)系模型的參數(shù)發(fā)生變化。以電弧傳感信號特征量的改變量為輸入，設(shè)計出目標最優(yōu)準則，基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)一般模型的參數(shù)進行調(diào)整，最后通過自適應(yīng)模型實現(xiàn)電弧穩(wěn)定性在線自適應(yīng)檢測。

10、所述基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)自適應(yīng)模型建立方法，主要包括三部分內(nèi)容，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識出旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器的一般模型重要參數(shù)的改變量，基于目標最優(yōu)準則自動調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器的參數(shù)自適應(yīng)模型。

11、進一步地，所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識出旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器的一般模型重要參數(shù)的改變量，具體內(nèi)容如下，以電弧傳感信號特征量的改變量(δη(i),δβ(i),δα(i),δγ(i))為輸入，以旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器的一般模型重要參數(shù)的改變量(δαmax,δγmax,δa,δb)為輸出。

12、隱含層第m個神經(jīng)元第i次的總輸入ym(i)滿足下式，

13、

14、式中，wk,m(i)為輸入層第k個神經(jīng)元至隱含層第m個神經(jīng)元的連接權(quán)值，xk(i)為輸入層第k個神經(jīng)元的輸入，m表示隱含層神經(jīng)元的序號，滿足m＝1，2，...，6。δη(i)為η(i)的改變量，δβ(i)為β(i)的改變量，δα(i)為α(i)的改變量，δγ(i)為γ(i)的改變量。

15、采用sigmoid函數(shù)作為隱含層神經(jīng)元的激活函數(shù)h()，隱含層第m個神經(jīng)元第i次的輸出ym'(i)滿足下式，

16、

17、式中，ym(i)為隱含層第m個神經(jīng)元第i次的總輸入。

18、輸出層第n個神經(jīng)元第i次的實際輸出zn(i)滿足下式，

19、

20、可以得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的四個輸出，

21、

22、輸出層第n個神經(jīng)元第i次的輸出誤差en(i)滿足下式，

23、

24、式(4-6)中，wm,n(i)為隱含層第m個神經(jīng)元至輸出層第n個神經(jīng)元的連接權(quán)值，ym'(i)為隱含層第m個神經(jīng)元第i次的輸出，n表示輸出層神經(jīng)元的序號。δαmax(i)為一般模型參數(shù)αmax(i)的改變量，δγmax(i)為參數(shù)γmax(i)的改變量，δa(i)為參數(shù)a的第i次改變量，δb(i)為參數(shù)b的第i次改變量。zn,0(i)為輸出層第n個神經(jīng)元第i次的理想輸出，zn,0(i)＝(δαmax、δγmax、δa、δb)。zn(i)為輸出層第n個神經(jīng)元第i次的實際輸出。

25、進一步地，所述基于目標最優(yōu)準則自動調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，具體內(nèi)容如下，要實現(xiàn)基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動調(diào)整傳感器系統(tǒng)一般模型的參數(shù)，需要設(shè)計出目標最優(yōu)準則。經(jīng)過分析電弧傳感信號特征量的變化量與一般模型重要參數(shù)的改變量的關(guān)系，可以確定出目標最優(yōu)準則，共分為三類：第一類規(guī)則表示存在斷弧或接近斷弧的情況；第二類規(guī)則表示雖然沒有發(fā)生斷弧或接近斷弧的情況，但電弧穩(wěn)定性發(fā)生了一般強度的改變；第三類規(guī)則表示在誤差范圍內(nèi)電弧穩(wěn)定性沒有發(fā)生改變。下面將分別對第一類規(guī)則、第二類規(guī)則、第三類規(guī)則的一種情況進行說明，其它規(guī)則含義可以類推。

26、第一類規(guī)則的一種情況：當斷弧或接近斷弧的次數(shù)增加64次，同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)采樣焊接電流方向變化次數(shù)增加20次，描述同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)相鄰采樣焊接電流大小變化的特征量的改變量增加1，描述相鄰兩圈旋轉(zhuǎn)電弧的相同位置的采樣焊接電流大小變化的特征量的改變量增加1，說明此時電弧穩(wěn)定性變得非常差，此時，描述同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)相鄰采樣焊接電流大小變化的特征量的最大值αmax(i)的改變量δαmax(i)要增加3等級，描述相鄰兩圈旋轉(zhuǎn)電弧的相同位置的采樣焊接電流大小變化的特征量的最大值γmax(i)的改變量δγmax(i)也要增加3等級。由于斷弧次數(shù)增加，電弧不穩(wěn)定程度增加，因此，要將電弧穩(wěn)定點a的第i次改變量δa(i)與電弧欠穩(wěn)定點b的第i次改變量δb(i)都減小3等級，使當前電弧穩(wěn)定性狀態(tài)離電弧穩(wěn)定點與電弧欠穩(wěn)定點更遠。

27、第二類規(guī)則的一種情況：當斷弧或接近斷弧的次數(shù)增加0次，同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)采樣焊接電流方向變化次數(shù)減少1次，描述同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)相鄰采樣焊接電流大小變化的特征量的改變量變小0.25，描述相鄰兩圈旋轉(zhuǎn)電弧的相同位置的采樣焊接電流大小變化的特征量的改變量變小0.25，說明此時沒有發(fā)生斷弧或接近斷弧的情況，此時，描述同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)相鄰采樣焊接電流大小變化的特征量的最大值αmax(i)的改變量δαmax(i)要降低1等級，描述相鄰兩圈旋轉(zhuǎn)電弧的相同位置的采樣焊接電流大小變化的特征量的最大值γmax(i)的改變量δγmax(i)也要降低1等級。由于電弧穩(wěn)定性朝著變好的方向發(fā)展，因此，要將電弧穩(wěn)定點a的第i次改變量δa(i)與電弧欠穩(wěn)定點b的第i次改變量δb(i)都增加1等級，使當前電弧穩(wěn)定性狀態(tài)離電弧穩(wěn)定點與電弧欠穩(wěn)定點更近。

28、第三類規(guī)則的一種情況：當斷弧或接近斷弧的次數(shù)增加0次，同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)采樣焊接電流方向變化次數(shù)增加0次，描述同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)相鄰采樣焊接電流大小變化的特征量的改變量在±0.1內(nèi)變化，描述相鄰兩圈旋轉(zhuǎn)電弧的相同位置的采樣焊接電流大小變化的特征量的改變量在±0.1內(nèi)變化，此時，在誤差范圍內(nèi)電弧穩(wěn)定性沒有發(fā)生改變，因此，描述同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)相鄰采樣焊接電流大小變化的特征量的最大值αmax(i)的改變量δαmax(i)不變，描述相鄰兩圈旋轉(zhuǎn)電弧的相同位置的采樣焊接電流大小變化的特征量的最大值γmax(i)的改變量δγmax(i)不變，電弧穩(wěn)定點a的第i次改變量δa(i)與電弧欠穩(wěn)定點b的第i次改變量δb(i)都不變。

29、以目標最優(yōu)準則作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標函數(shù)，采用梯度下降法調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層間神經(jīng)元的連接權(quán)值。

30、進一步地，所述基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器的參數(shù)自適應(yīng)模型，具體內(nèi)容如下，利用目標最優(yōu)準則對目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓練，當每條最優(yōu)關(guān)系準則對應(yīng)的誤差都很小時，此時，輸入層神經(jīng)元至隱含層神經(jīng)元的連接權(quán)值w1、隱含層神經(jīng)元與輸出層神經(jīng)元的連接權(quán)值w2分別滿足下式，

31、

32、

33、將識別出的連接權(quán)值w1及w2代入目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可辨識出旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器一般模型重要參數(shù)的改變量，并考慮前一次模型參數(shù)對本次自適應(yīng)模型參數(shù)識別的影響，可識別出旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器模型的自適應(yīng)參數(shù)滿足下式，

34、

35、式中，(αmax(i),γmax(i),a(i),b(i))為第i次辨識出的旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器模型的自適應(yīng)參數(shù)，(δαmax(i),δγmax(i),δa(i),δb(i))為旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器的一般模型重要參數(shù)(αmax,γmax,a,b)的改變量，λ3、λ4、λ5、λ6及λ7為加權(quán)系數(shù)。

36、將辨識出的自適應(yīng)參數(shù)代替旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器一般模型的參數(shù)，可建立基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器的參數(shù)自適應(yīng)模型。本發(fā)明研究的基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)自適應(yīng)模型建立方法，可以實現(xiàn)模型參數(shù)根據(jù)工況在線自整定，從而在線建立適應(yīng)不確定工況的旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器的自適應(yīng)模型。

37、進一步地，所述基于自適應(yīng)模型的電弧穩(wěn)定性在線檢測方法，具體內(nèi)容如下，以第i次的旋轉(zhuǎn)電弧傳感信號的四個特征量(η(i),β(i),α(i),γ(i))為輸入，利用旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器的自適應(yīng)模型，可輸出第i次識別出的電弧穩(wěn)定性綜合評價指標w(i)。

38、利用電弧長度改變系數(shù)k(i)與四個旋轉(zhuǎn)電弧傳感信號特征量的關(guān)系，可以計算出電弧穩(wěn)定性綜合評價指標對旋轉(zhuǎn)電弧傳感信號的四個特征量的敏感度滿足下式，

39、

40、式中，kη(i)為電弧穩(wěn)定性綜合評價指標對特征量η(i)的敏感度，kβ(i)為電弧穩(wěn)定性綜合評價指標對特征量β(i)的敏感度，kα(i)為電弧穩(wěn)定性綜合評價指標對特征量α(i)的敏感度，kγ(i)為電弧穩(wěn)定性綜合評價指標對特征量γ(i)的敏感度。w(i)為第i次識別出的電弧穩(wěn)定性綜合評價指標，k(i)為第i次識別出的電弧長度改變系數(shù)，αmax(i)及γmax(i)為利用式(9)第i次辨識出的旋轉(zhuǎn)電弧穩(wěn)定性傳感器模型的自適應(yīng)參數(shù)。w1，w2，w3及w4分別為旋轉(zhuǎn)電弧傳感信號四個特征量的權(quán)重。n表示用于判斷同一圈旋轉(zhuǎn)電弧內(nèi)采樣焊接電流方向變化次數(shù)的濾波電流個數(shù)，其值為20。

41、當焊接參數(shù)確定時，電弧穩(wěn)定性一般不會發(fā)生突變，或者當焊接參數(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)時，焊接電弧穩(wěn)定性也是連續(xù)逐漸變化的。因此，為了降低噪聲的干擾，采用中值濾波的方法濾除噪聲后的電弧穩(wěn)定性綜合評價指標w0(i)滿足下式，

42、w0(i)＝median[w(i),w(i-1),w(i-2),w(i-3),w(i-4)]??(11)

43、式中，w(i)為第i次識別出的電弧穩(wěn)定性綜合評價指標，median[]為取中值函數(shù)。

44、本發(fā)明的有益效果為：

45、本發(fā)明的優(yōu)點在于發(fā)明了一種基于目標最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊電弧穩(wěn)定性在線自適應(yīng)檢測方法，通過本
技術(shù)實現(xiàn)要素：
，可實現(xiàn)模型參數(shù)根據(jù)工況在線自整定，可提高電弧穩(wěn)定性在線檢測的準確度，可提高電弧穩(wěn)定性檢測及控制的準確度，有助于提高旋轉(zhuǎn)電弧傳感焊縫跟蹤精度及焊縫成形質(zhì)量，從而有助于提高焊接的質(zhì)量，具有實際應(yīng)用價值，可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。