PMIG弧焊電源數(shù)字化控制策略的研究與實(shí)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(shì)。焊接電源實(shí)現(xiàn)由模擬式到數(shù)字化控制的過(guò)程中需要克服眾多的技術(shù)難題,如數(shù)字PWM驅(qū)動(dòng)及保護(hù)功能、焊接信號(hào)采樣及去噪、控制策略的抉擇、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(diǎn)的解決提供了新的方法。
　　 通過(guò)對(duì)焊接電流信號(hào)特點(diǎn)和噪聲形成機(jī)理的分析,認(rèn)為功率開(kāi)關(guān)器件的高頻動(dòng)作是焊接信號(hào)主要的干擾源,并針對(duì)此高頻噪聲干擾

2、設(shè)計(jì)了高速FIR數(shù)字濾波器,對(duì)采樣后的電流信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波,提高了數(shù)字信號(hào)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(diǎn),設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了高精度的PWM脈沖輸出及主回路的過(guò)流保護(hù)。
　　 在分析了PMIG焊熔滴過(guò)渡方式及脈沖波形對(duì)焊接質(zhì)量影響的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于分段PI調(diào)節(jié)的電流環(huán)控制策略,實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接輸出電流的精確控制,保證一脈一滴的熔滴過(guò)渡形式;針

3、對(duì)焊接電弧的控制要求,設(shè)計(jì)了能限制脈沖頻率的實(shí)時(shí)弧長(zhǎng)同步脈沖調(diào)節(jié)策略,可在單周期內(nèi)完成弧長(zhǎng)調(diào)節(jié);為了簡(jiǎn)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(guò)設(shè)定焊接電壓,系統(tǒng)即可自動(dòng)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(shì),設(shè)計(jì)了基于USB和以太網(wǎng)的焊接參數(shù)控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案,可利用U盤及以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的給定及焊接電流、電壓的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
　　 針對(duì)所確定的焊接信號(hào)提取、控制及驅(qū)動(dòng)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(guò)構(gòu)建DPRAM來(lái)實(shí)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(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的功能模塊負(fù)責(zé)焊接過(guò)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(dòng)及焊接工藝控制等,實(shí)現(xiàn)了信號(hào)控制速度快、數(shù)據(jù)吞吐量大的控制優(yōu)勢(shì);基于C語(yǔ)言開(kāi)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(shí)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(shí)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(duì)于通信方案的硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái),選用了集成USB和以太網(wǎng)模塊的MCF52259芯片,使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化、可靠化。
　　 對(duì)設(shè)計(jì)的數(shù)字化PMIG焊接電源控制系統(tǒng)進(jìn)行了模塊功能測(cè)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(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,在設(shè)計(jì)的數(shù)字化弧焊電源系統(tǒng)控制下,