脈沖MIG焊全數(shù)字化控制系統(tǒng)研制.pdf

1、隨著工業(yè)自動化程度和焊接工藝要求的提高，弧焊電源的數(shù)字化控制已成為焊接領(lǐng)域的發(fā)展方向。脈沖MIG焊以其軸向性好、飛濺小、焊縫成形美觀等特有的優(yōu)點在焊接領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。全數(shù)字化控制的弧焊電源具有靈活性好、控制精度高和響應(yīng)速度快等特點，能極大提高脈沖MIG焊的控制水平。 本文首先對脈沖MIG焊的熔滴過渡行為進行了研究，分析了脈沖電流各參數(shù)的作用，并提出了對焊接電流和電壓的雙閉環(huán)控制方案。其中電流環(huán)采用變參數(shù)的數(shù)字PI控制，使得

2、電流快速跟隨給定；電壓環(huán)采用平均電壓閉環(huán)控制，實現(xiàn)電弧的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。 本文結(jié)合當(dāng)前嵌入式技術(shù)和EDA技術(shù)發(fā)展的最新成果，選用ColdFire V2核微控制器MCF5213CAF80和FPGA EP1C6T144C8設(shè)計了脈沖MIG逆變電源的全數(shù)字化控制系統(tǒng)，搭建了該系統(tǒng)的硬件平臺。其中MCF5213CAF80作為主控制器，負(fù)責(zé)電壓環(huán)控制和焊接事務(wù)管理；FPGA作為協(xié)處理器，負(fù)責(zé)電流環(huán)的控制以及數(shù)字PWM模塊的設(shè)計。兩者通過在FPG

3、A內(nèi)部實現(xiàn)的并行總線接口進行數(shù)據(jù)的交換。 在研究脈寬調(diào)制工作機理的基礎(chǔ)上，本文采用高速計數(shù)器法，利用VHDL語言在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)了數(shù)字PWM模塊。較之采用專用PWM芯片設(shè)計的模擬PWM控制方式，數(shù)字PWM簡化了控制系統(tǒng)與功率變換電路的接口，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。另外，本文將實時嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ移植到MCF5213CAF80中，各個任務(wù)可以進行獨立設(shè)計，使得焊機的事務(wù)管理更加方便。 本文最后對所設(shè)計的