基于DSP数字化软开关弧焊电源控制系统研究

论文摘要

随着焊接工艺研究的深入以及焊接生产自动化和柔性化的发展,对焊接电源本身的控制精度提出了更高的要求。本文首先介绍了数字化焊接电源的基本概念、研究现状和发展前景,以及数字信号处理器DSP的基本原理以及应用范围。论文还重点介绍了数字化脉冲MIG焊软开关逆变弧焊电源的组成结构,并分别就软开关逆变焊机的主电路、控制电路、保护电路、驱动电路以及送丝电路做了详细的分析。本文对全桥大功率软开关主电路进行了研究,指出目前焊接逆变电源所应用的大功率电路多采用硬开关电路,容易造成在功率器件导通和关断过程中产生很大的损耗,从而降低焊机的工作效率。结合软开关实现原理,通过MATLAB/SIMULINK软件仿真,分析研究了全桥移相零电压零电流（Zero Voltage Zero Current----ZVZCS）软开关电路,以及该电路的软开关实现过程,并给出了电路模型和关键元件的设计参数。DSP的开发所需要的仿真环境是开发DSP系统所必需的,文中详细介绍了DSP的开发环境CCS使用。系统软件采用C语言编程,以模块化方法设计。文中详细介绍了主程序、中断服务程序以及子程序的功能和结构。此外,进行了硬件和软件两个方面的多种抗干扰设计,显著的提高了系统的可靠性。最后,论文对PI控制进行了仿真,比较了增加PI调节器与不加PI调节器条件下系统的响应速度和动态参数的变化。结果表明,智能控制技术在全桥软开关弧焊电源中可以起到关键作用并取得良好的控制效果。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 数字化焊接电源
• 1.1.1 “数字化”概念
• 1.1.2 数字化焊接的优点
• 1.1.3 焊接数字化焊机的意义
• 1.2 软开关技术
• 1.2.1 软开关技术概论
• 1.2.2 软开关弧焊逆变器电路拓扑
• 1.3 国内外数字化焊机研究的现状
• 1.4 本课题的研究目的以及主要内容
• 2 数字信号处理器原理
• 2.1 数字信号处理器DSP 芯片概述
• 2.1.1 DSP 的发展以及分类
• 2.1.2 DSP 芯片发展的主要特点
• 2.1.3 DSP 控制器的基本原理
• 2.2 TMS320LF2407A 型 DSP 介绍
• 2.2.1 TMS320LF2407A 芯片的结构特点
• 2.2.2 TMS320LF2407A 芯片的总体结构
• 2.3 本章小结
• 3 DSP 控制系统的硬件设计
• 3.1 DSP 控制弧焊电源系统总体结构
• 3.2 数字化软开关逆变焊机电源主电路
• 3.2.1 软开关焊接电源主电路拓扑结构的选择
• 3.2.2 开关频率的选择
• 3.2.3 主电路参数的设计与选定
• 3.3 控制系统的控制要求
• 3.4 DSP 控制系统硬件设计
• 3.4.1 DSP 最小系统设计
• 3.4.2 DSP 外围电路设计
• 3.5 送丝系统设计
• 3.5.1 送丝机调速原理
• 3.5.2 送丝机调速电路设计
• 3.6 硬件抗干扰设计
• 3.6.1 系统干扰源分析
• 3.6.2 硬件抗干扰设计
• 3.7 本章小结
• 4 焊机数字控制系统软件设计
• 4.1 DSP 控制系统软件的编程环境介绍
• 4.1.1 DSP 软件开发流程
• 4.1.2 DSP 开发环境介绍
• 4.1.3 CCS 软件的使用
• 4.2 系统结构化程序设计
• 4.2.1 主程序设计
• 4.2.2 中断服务子程序
• 4.2.3 引弧和收弧子程序
• 4.2.4 正常焊接子程序
• 4.2.5 人机对话界面设计
• 4.3 PI 控制算法
• 4.4 软件抗干扰设计
• 4.4.1 开关量输入/输出的软件抗干扰设计
• 4.4.2 指令冗余设计
• 4.4.3 软件陷阱设计
• 4.4.4 “看门狗”技术
• 4.4.5 数字滤波技术
• 4.5 本章小结
• 5 系统的仿真
• 5.1 MATLAB/SIMULINK 仿真理论
• 5.2 主电路的仿真
• 5.3 PI 控制器的仿真
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录