基于模糊-PID控制的PMIG弧焊逆變電源主控系統(tǒng)研究.pdf

1、弧焊逆變電源具有電氣性能好、體積小、焊接生產(chǎn)率高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化等諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為焊接產(chǎn)業(yè)中最有前途的發(fā)展方向。但是目前國內(nèi)弧焊逆變電源主控系統(tǒng)大多采用模擬電路控制，具有效率低、精度低和適應(yīng)性差等缺點(diǎn)，數(shù)字化弧焊逆變電源由于其穩(wěn)定性好、靈活性好、控制精度高、容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制等巨大的優(yōu)越性已經(jīng)成為未來先進(jìn)焊接設(shè)備的發(fā)展方向。國內(nèi)數(shù)字化弧焊逆變電源的研究和開發(fā)尚處于起步階段，高性能數(shù)字化弧焊逆變電源仍然主要依靠進(jìn)口。本文基于數(shù)字

2、信號(hào)處理技術(shù)對(duì)數(shù)字化PMIG弧焊逆變電源的主控系統(tǒng)進(jìn)行了研究。 本文通過對(duì)PMIG弧焊逆變電源的自身結(jié)構(gòu)和焊接過程的熔滴過渡特性進(jìn)行分析，得出系統(tǒng)的控制目標(biāo)，制定了電壓和電流雙閉環(huán)整體控制方案，并搭建了MCU+DSP雙機(jī)控制硬件平臺(tái)，電壓外環(huán)采用模糊控制器，電流內(nèi)環(huán)采用模糊PID控制策略，取得了良好的控制效果。論文的主要工作有： 1.提出了系統(tǒng)的控制方案。從PMIG弧焊逆變電源的熔滴過渡和焊絲熔化速度兩方面分析得出系統(tǒng)的

3、控制目標(biāo)是保證熔滴-脈-滴過渡，并同時(shí)保證焊絲的熔化速度和送絲速度相匹配，最終保證弧長和焊接過程的穩(wěn)定。主控系統(tǒng)整體采用電壓和電流雙閉環(huán)控制方案，電壓外環(huán)采用I-I控制模式，通過調(diào)節(jié)基值時(shí)間保證平均電弧電壓穩(wěn)定，電流內(nèi)環(huán)用來控制實(shí)現(xiàn)精確的脈滴過渡電流波形。 2.搭建了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。單片機(jī)選用Freescale公司的MC9S12XDP512，主要負(fù)責(zé)弧焊逆變電源的總體協(xié)調(diào)控制以及與其他設(shè)備的通訊接口等，DSP選用TI公司的TMS

4、320F2812，主要負(fù)責(zé)焊接過程的實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)了電壓和電流信號(hào)的高速實(shí)時(shí)采樣和與PWM的接口電路，設(shè)計(jì)了液晶顯示、串行通訊和以太網(wǎng)接口電路。 3.分別對(duì)電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的外環(huán)和內(nèi)環(huán)控制器進(jìn)行了研究。通過對(duì)PID控制器、模糊控制器和模糊PID控制器進(jìn)行比較，根據(jù)外環(huán)和內(nèi)環(huán)各自的控制特點(diǎn)，電壓外環(huán)選擇模糊控制器，電流內(nèi)環(huán)選擇模糊PID控制器，并分別離線生成了基值時(shí)間增量模糊控制表和PID參數(shù)修正模糊控制表。 4.對(duì)

5、控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟件實(shí)現(xiàn)。主要包括弧焊逆變電源整體過程控制和雙閉環(huán)控制的軟件實(shí)現(xiàn)等，其中雙閉環(huán)控制尤為重要，主要包括A/D采樣程序、D/A輸出程序，以及電壓外環(huán)模糊控制器和電流內(nèi)環(huán)模糊PID控制器的在線查表控制等。通過對(duì)雙閉環(huán)控制器進(jìn)行性能分析，表明電壓外環(huán)模糊控制器能夠很好的抑制弧長的擾動(dòng)，電流內(nèi)環(huán)模糊PID控制器通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)PID參數(shù)使系統(tǒng)具有更好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能。 5.對(duì)弧焊逆變電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試，表明本系統(tǒng)能夠滿足控制要求，保