论文题目: 基于DSP+MCU数字化逆变焊接电源系统研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 高忠林
导师: 李鹤岐
关键词: 弧焊逆变电源,数字化控制,数字
文献来源: 兰州理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着焊接生产的机械化、自动化程度的提高和焊接机器人的广泛使用,对焊接工艺性能及焊接设备的智能化、网络化等提出了越来越高的要求。提高焊接工艺性能的关键在于先进的焊接设备,实现先进的焊接设备在于采用先进的控制方式及针对工艺特点合理的控制算法。因此,本文针对弧焊逆变电源的精确控制和柔性化,对弧焊逆变电源的数字化控制进行了研究。 本论文简要介绍了数字信号处理器DSP的工作原理、特点以及芯片的选择。重点介绍了数字化逆变焊接电源系统的组成结构和控制原理。分别就逆变焊机的主电路、控制电路、保护电路、驱动电路以及送丝电路做了详细地分析,并从软、硬件两个方面进行了系统地阐述。 选取IGBT为主控开关功率转换器件,采用输出功率较大的全桥式逆变结构,配以高频变压器和输出电抗器组成了本系统的主电路系统,文中详细介绍了主电路的设计要点及元件的选型和参数的计算。控制电路采用TMS320F240数字信号处理器和80C196KC单片机。其中,TMS320F240主要用于焊接参数的采样、控制算法的运算,80C196KC用于完成人机接口的功能,包括键盘和显示,与上位机的通信等。设计中人机界面采用液晶显示。系统设计的关键是双机之间的通信技术,为了确保通信的可靠及快速性,采用串行通信来完成。 在研究与分析脉宽调制工作机理的基础上。本文通过计数器法采用硬件描述语言(VHDL)以复杂可编程逻辑器件(CPLD)为载体实现了数字脉宽调制(PWM)芯片的设计,简化了全数字化焊机中微控制器与功率变换电路的接口,提高了系统稳定性和安全性。 在焊机的主电路和控制电路部分都进行了可靠性和抗干扰设计。系统软件采用汇编语言,以模块化方法设计。文中详细介绍了主程序、中断服务程序以及予程序的功能和结构。 论文中较为详细的叙述了CPLD开发软件MAX+PLUS Ⅱ的使用以及对CPLD的编程方法。DSP的开发所需要的仿真环境是开发DSP系统所必需的,文中简要详细介绍了DSP的开发环境CCS2000、开发工具XDS510的使用。 通过试验,对该电源的实现方案、组成部分进行了分析,得到了初步的试验结果,给出了在试验过程中记录的相关数据与波形;对试验过程中出现的问题进行研究分析,提出了解决方法。试验结果表明:该焊机主电路响应速度快,硬件电路简单可靠,系统软件高效、移植性好,抗干扰能力强,基本达到了最初设计的构想和要求。 最后,针对本焊机的后续研究工作提出了进一步完善的建议,为数字化焊机电源系统今后的深入研究奠定了良好的基础。
论文目录:
第一章 绪论
§1.1 引言
§1.2 数字信号处理与数字化焊机
§1.2.1 主电路的数字化
§1.2.2 控制电路的数字化
§1.3 数字化焊机的发展现状
§1.4 本课题设计思想、方案与目标
第二章 逆变式弧焊电源数字化控制系统的总体设计
§2.1 数字化MIG／MAG焊接电源主回路设计简述
§2.1.1 IGBT电路参数的计算
§2.1.2 高频变压器设计
§2.1.3 高频变压器的瞬态饱和
§2.1.4 高频变压器瞬态饱和的防止措施
§2.1.5 高频变压器设计要点
§2.2 主控制芯片的选择
§2.3 TMS320F240 DSP介绍
§2.3.1 TMS320F240 DSP芯片的结构特征
§2.3.2 TMS320F240 DSP芯片的总体结构
§2.4 控制系统的总体结构
§2.4.1 主从式系统
§2.4.2 控制系统的设计要求
§2.4.3 控制系统的工作原理
§2.5 控制系统硬件设计
§2.5.1 DSP最小系统
§2.5.2 单片机最小系统
§2.6 IGBT驱动电路
§2.7 采样及调理电路
§2.8 保护电路
§2.9 送丝系统
§2.10 本章小结
第三章 数字PWM芯片的VHDL语言设计
§3.1 引言
§3.2 PWM工作原理
§3.2.1 载波调制法原理
§3.2.2 计数器法原理
§3.3 CPLD简介及开发过程
§3.3.1 复杂可编程逻辑器件
§3.3.2 VHDL语言
§3.4 数字PWM芯片设计
§3.4.1 数字PWM工作原理及接口
§3.4.2 数字PWM设计
§3.5 数字PWM仿真波形
§3.6 本章小结
第四章 数字化焊机软件设计及程序结构
§4.1 CPLD开发环境介绍
§4.1.1 概述
§4.1.2 MAX+PLUS Ⅱ软件的使用
§4.1.3 MAX+PLUS Ⅱ的设计过程
§4.1.4 器件编程
§4.1.5 并口下载电缆ByteBlaster的连接及原理
§4.2 DSP开发环境介绍
§4.2.1 COFF文件格式和命令文件
§4.2.2 头文件说明
§4.3 CCS2000软件的使用
§4.4控制系统的软件设计
§4.4.1 控制系统软件总体设计
§4.4.2 PI控制算法
§4.5 控制系统抗干扰措施
§4.5.1 硬件抗干扰措施
§4.5.2 软件抗干扰措施
§4.6 本章小结
第五章 系统调试及完善意见
§5.1 脱机调试
§5.1.1 系统调试
§5.1.2送丝系统调试
§5.1.3 驱动输出波形检查
§5.1.4保护电路调试
§5.2 系统完善的建议
§5.2.1 控制算法的改进
§5.2.2 采用实时多任务操作系统(RTOS)
§5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读研究生期间发表的论文
发布时间: 2005-07-14
参考文献
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