PMIG弧焊電源數(shù)字化控制策略的研究與實現(xiàn).pdf

1、數(shù)字化逆變弧焊電源較傳統(tǒng)的模擬式焊接電源能有效地提高焊接效率和焊接質(zhì)量,因而成為焊接領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。焊接電源實現(xiàn)由模擬式到數(shù)字化控制的過程中需要克服眾多的技術(shù)難題,如數(shù)字PWM驅(qū)動及保護(hù)功能、焊接信號采樣及去噪、控制策略的抉擇、數(shù)據(jù)實時處理能力等,而嵌入式技術(shù)和EDA技術(shù)的發(fā)展為這些難點的解決提供了新的方法。
　　 通過對焊接電流信號特點和噪聲形成機(jī)理的分析,認(rèn)為功率開關(guān)器件的高頻動作是焊接信號主要的干擾源,并針對此高頻噪聲干擾

2、設(shè)計了高速FIR數(shù)字濾波器,對采樣后的電流信號進(jìn)行數(shù)字濾波,提高了數(shù)字信號的準(zhǔn)確度;分析了電流型和電壓型PWM的控制原理,結(jié)合變壓器原邊及副邊電流特點,設(shè)計了以副邊電流反饋、峰值電流保護(hù)的電流型DPWM控制策略,實現(xiàn)了高精度的PWM脈沖輸出及主回路的過流保護(hù)。
　　 在分析了PMIG焊熔滴過渡方式及脈沖波形對焊接質(zhì)量影響的基礎(chǔ)上,設(shè)計了基于分段PI調(diào)節(jié)的電流環(huán)控制策略,實現(xiàn)對焊接輸出電流的精確控制,保證一脈一滴的熔滴過渡形式;針

3、對焊接電弧的控制要求,設(shè)計了能限制脈沖頻率的實時弧長同步脈沖調(diào)節(jié)策略,可在單周期內(nèi)完成弧長調(diào)節(jié);為了簡化焊接參數(shù)設(shè)置及方便操作,根據(jù)各焊接參數(shù)間的關(guān)系確定了參數(shù)一元化調(diào)節(jié)方案,通過設(shè)定焊接電壓,系統(tǒng)即可自動給出其他相應(yīng)的焊接參數(shù);結(jié)合當(dāng)前焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢,設(shè)計了基于USB和以太網(wǎng)的焊接參數(shù)控制、數(shù)據(jù)存儲方案,可利用U盤及以太網(wǎng)實現(xiàn)焊接參數(shù)的給定及焊接電流、電壓的數(shù)據(jù)存儲。
　　 針對所確定的焊接信號提取、控制及驅(qū)動策略,主控系

4、統(tǒng)采用FPGA芯片作為主控單元,并嵌入了32位的NiosⅡ處理器。在FPGA內(nèi)部,通過構(gòu)建DPRAM來實現(xiàn)各功能模塊與NiosⅡ處理器之間的大量數(shù)據(jù)交互;基于Verilog硬件描述語言實現(xiàn)的功能模塊負(fù)責(zé)焊接過程中所有的算法及數(shù)據(jù)處理,包括電壓電流雙閉環(huán)控制、數(shù)據(jù)采樣濾波處理、DPWM驅(qū)動及焊接工藝控制等,實現(xiàn)了信號控制速度快、數(shù)據(jù)吞吐量大的控制優(yōu)勢;基于C語言開發(fā)的NiosⅡ嵌入式處理器則負(fù)責(zé)FPGA與外部的數(shù)據(jù)通信及焊接時序控制,使主

5、控系統(tǒng)的通信和控制方式更為靈活。顯示面板硬件上采用“數(shù)碼管+LED”的顯示方式,輸入則采用旋轉(zhuǎn)編碼器結(jié)合按鍵的方式,實現(xiàn)了焊接數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離顯示及參數(shù)的快速調(diào)節(jié)。而對于通信方案的硬件實現(xiàn)平臺,選用了集成USB和以太網(wǎng)模塊的MCF52259芯片,使電路設(shè)計簡單化、可靠化。
　　 對設(shè)計的數(shù)字化PMIG焊接電源控制系統(tǒng)進(jìn)行了模塊功能測試,在確保各模塊可靠穩(wěn)定的前提下進(jìn)行了相關(guān)的焊接試驗。試驗結(jié)果表明,在設(shè)計的數(shù)字化弧焊電源系統(tǒng)控制下,