點(diǎn)焊逆變電源軟開關(guān)及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制研究.pdf

1、逆變點(diǎn)焊電源是電阻點(diǎn)焊電源發(fā)展的重要方向之一。目前我國的逆變式點(diǎn)焊電源受到可靠性、穩(wěn)定性及焊機(jī)控制性能等問題的困擾，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展緩慢，與國外存在較大差距。軟開關(guān)技術(shù)可減小開關(guān)損耗、電磁干擾及對電路寄生參數(shù)的敏感性，可以提高點(diǎn)焊逆變電源的穩(wěn)定性、可靠性和效率。智能控制技術(shù)在解決點(diǎn)焊這類高度非線性和嚴(yán)重不確定性系統(tǒng)的控制方面顯示出巨大的潛力，可進(jìn)一步提高逆變點(diǎn)焊機(jī)的控制性能，已成為逆變點(diǎn)焊電源研究的前沿方向之一。本文針對逆變點(diǎn)焊電源存在的問題

2、，對逆變點(diǎn)焊電源的新型軟開關(guān)技術(shù)及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制進(jìn)行了深入研究。 論文對全橋軟開關(guān)逆變主電路的換流方式及零電壓開通過程進(jìn)行了深入的分析，對比研究了拓寬滯后橋臂零電壓開關(guān)范圍的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合點(diǎn)焊逆變電源的特點(diǎn)，提出了一種利用變壓器漏感和在滯后橋臂并聯(lián)輔助網(wǎng)絡(luò)的新型軟開關(guān)點(diǎn)焊逆變電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有軟開關(guān)范圍寬、占空比丟失少等優(yōu)點(diǎn)?；陔娐贩治隼碚摵烷_關(guān)電源的模態(tài)分析方法，給出了新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主電路各模態(tài)的電路工作狀態(tài)和主要的電

3、路參數(shù)關(guān)系；建立了實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)的能量和時(shí)間條件以及占空比丟失的理論計(jì)算表達(dá)式。 利用Pspice和Simplorer電路仿真軟件對新型軟開關(guān)點(diǎn)焊逆變電源的軟開關(guān)過程、功率變壓器的工作波形等進(jìn)行了詳細(xì)的仿真分析，重點(diǎn)研究了變壓器漏感、諧振電容、次級等效濾波電感及輔助網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對軟開關(guān)及電源性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，一定的變壓器漏感有助于軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)漏感值小于0.01mH時(shí)，對電源的影響基本可以忽略；諧振電容的大小對開關(guān)管的零電

4、壓關(guān)斷和開通均有影響；等效濾波電感的增加有益于擴(kuò)大超前臂開關(guān)管的軟開關(guān)范圍，但卻縮小了滯后臂開關(guān)管的軟開關(guān)范圍；輔助電感越大，滯后臂開關(guān)管的軟開關(guān)范圍越窄；輔助電容越大，滯后臂開關(guān)管的軟開關(guān)范圍越寬。輔助電感、電容的變化對負(fù)載電流和占空比丟失基本沒有影響。 結(jié)合理論分析和仿真結(jié)果，對中頻點(diǎn)焊變壓器、諧振電容和輔助網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，以UC3875為核心，構(gòu)建了輔助網(wǎng)絡(luò)軟開關(guān)點(diǎn)焊逆變器的試驗(yàn)系統(tǒng)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在未加輔助網(wǎng)絡(luò)，滯后

5、臂開關(guān)管處于硬開通狀態(tài)時(shí)，開關(guān)管輸入等效電容、分布電感和導(dǎo)線電阻將使開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生衰減振蕩，對逆變過程的正常進(jìn)行和開關(guān)管的壽命構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。逆變器軟開關(guān)換流時(shí)，變壓器漏感、變壓器工作磁通突變和二次繞組漏感對稱性的影響，導(dǎo)致變壓器初級產(chǎn)生尖峰電壓；變壓器繞組電阻及接頭電阻上的壓降，引起變壓器次級繞組電壓出現(xiàn)正負(fù)不對稱現(xiàn)象。加輔助網(wǎng)絡(luò)后，試驗(yàn)測得副邊占空比丟失約13μs，根據(jù)本文建立的占空比丟失定量計(jì)算式計(jì)算的值約為10.5μs，兩者

6、相差約19.2％。模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通過對逆變點(diǎn)焊質(zhì)量的影響因素和目前常規(guī)控制方法的研究，提出了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)逆變點(diǎn)焊恒流控制方法，建立了逆變點(diǎn)焊模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模型。基于BP算法、應(yīng)用MATLAB語言、采用函數(shù)調(diào)用方式設(shè)計(jì)了點(diǎn)焊逆變電源模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制程序，通過連接矩陣構(gòu)建模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，便于程序的調(diào)試。 提出了通過建立電源輸出峰值電流與逆變器占空比之間的數(shù)學(xué)模型來獲取逆變點(diǎn)焊模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制訓(xùn)練樣本

7、的方法，大大減小了訓(xùn)練樣本的獲取成本。并采用先正弦函數(shù)輸入后恒定輸入的訓(xùn)練方法和自適應(yīng)調(diào)整學(xué)習(xí)率，保證了控制邏輯的合理性和最終的訓(xùn)練精度。 仿真研究發(fā)現(xiàn)，量化比例因子對逆變點(diǎn)焊模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制有顯著的影響。通過匹配合適的量化比例因子，系統(tǒng)在電阻電感20％波動(dòng)、網(wǎng)壓－20％波動(dòng)的強(qiáng)干擾時(shí)，平均控制相對誤差為2.28％，系統(tǒng)的超調(diào)量為3.35％左右。表明設(shè)計(jì)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆變點(diǎn)焊恒流控制系統(tǒng)具備了對系統(tǒng)參數(shù)變化的學(xué)習(xí)泛化和自適應(yīng)能力