MFDC 스폿 용접 시스템을 위한 지능형 제어기에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 최근 용접 시스템으로 차체 접합 공정에 적용되는 MFDC 저항 점 용접 시스템의 정전류 제어기 설계 및 제어기를 최적화하는 방법을 제안하고 지능형 용접기에 대한 연구를 수행하였다. 먼저 MFDC 저항 점 용접기의 하드웨어를 개발하고, 기계적인 특성과 전기적인 특성을 연구하였다. 용접 제어 컨트롤러의 입력과 출력에 대한 MFDC 저항 점 용접기의 전류, 전압과 가압력에 대한 특성을 조사하였다. MFDC 저항 점 용접기의 정전류 제어기 설계를 위해서는 시스템 모델을 이용하는 것이 효율적이므로 용접 시스템에 대한 모델링을 위해 시스템 식별 기법을 사용하였다. ARX, ARMAX 모델 구조를 이용한 다양한 선형 모델을 선정하여, 각 모델의 성능을 비교하였다. 그 결과 시스템에 대한 유효한 모델을 얻었다. 정전류 제어기로는 퍼지 제어기를 선정하였다. 퍼지 제어기의 최적화 방법으로 시스템 식별 모델과 유전자 알고리즘을 이용해 퍼지 제어기의 근사 환산 계수 최적값을 구하였다. 근사 최적화된 환산 계수를 실제 시스템에 적용하고, 시스템 식별 모델과 실제 용접기와의 오차를 보상하기 위해 반응 표면법을 이용하여 퍼지 제어기의 환산 계수를 최적화하였다. 퍼지 제어기의 성능 개선은 호감도 함수를 이용한 반응 표면 분석법으로 환산 계수를 최적화하였다. 최적 설계된 퍼지 제어기는 저항 용접 공정 중에 금속의 용융에 따라 동저항의 변동에도 정전류로 제어하였다. 마지막으로 용접 품질을 제어할 수 있는 지능형 용접 품질 제어기 개발에 관한 연구를 하여, 용접 중에 용접 전류와 용접 전압 신호를 계측하여 동저항의 패턴을 판단한다. 용접 중 측정된 초반의 동저항의 패턴으로 용접 품질을 예측하고, 지능형 용접 품질 제어기는 예측된 용접 품질에 따라서 용접 전류와 용접 가압력을 용접 중에 실시간 제어하여 용접후의 용접 품질을 향상시킨다. 개발된 지능형 용접 품질 제어기를 이용한 용접 로브 곡선을 구하였으며, 기존의 DC 로브 곡선과 비교하여 지능 제어의 우수함을 보여준다.