基于DSP的一体化双丝脉冲MIG弧焊逆变电源的研制

论文摘要

双丝焊具有单丝焊无法比拟的优势,焊接效率高,热输入小,能够满足大电流焊接的需要,因其技术复杂,在国内的研究才刚起步。所以本课题提出进行数字化厚板双丝高速焊机的研究。本课题在国家自然科学基金(50875088)、广东省科技攻关项目(2010B010700001)及黄埔区科技计划项目(1021)的支持下,开发了基于DSP的一体化双丝脉冲MIG弧焊逆变电源,搭建了其试验平台,并进行了部分双丝弧焊工艺试验。论文首先创造性的提出了以TMS320F2808DSP为控制核心,同时控制两路驱动及主电路,利用控制软件实现两路波形的协同工作的设计方案,掘弃了以往两台独立电源利用CAN总线通信的协同工作方式。按照该方案完成了硬件电路的设计,并开发了相应的控制系统,采用增量式数字PI算法实现焊接过程电流的控制。其次,为了验证电源性能,在自行搭建的试验平台上,对一体化双丝电源进行了硬件调试、软件调试及整机联调,调试结果表明电源的静态特性与动态特性良好,满足双丝系统要求。最后,针对8mm厚的45号钢进行了双丝脉冲MIG焊的一系列对比工艺试验,主要包括双丝脉冲不同相位,反相脉冲在不同电流段及双丝不同焊接电流三个方面。在两路脉冲试验参数匹配合适的情况下,进行了若干组试验,焊接效果良好。综上所述,本课题的数字化双丝弧焊逆变电源的研究取得了较大的进展,在波形控制和参数配合上均具有良好性能,课题的一体化双丝协同思想对双丝机的研究有重要参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 双丝焊的优点和国内外的研究状况
• 1.2.1 双丝焊的优点
• 1.2.2 国内双丝MIG焊的技术现状
• 1.2.3 国外双丝MIG焊的技术现状
• 1.3 课题来源及研究内容
• 第二章 双丝脉冲MIG焊机理及系统总体方案设计
• 2.1 双丝脉冲MIG焊机理
• 2.1.1 单丝脉冲MIG焊的熔滴过渡方式和电弧形态
• 2.1.2 双丝焊熔池的特点
• 2.2 双丝高速脉冲MIG焊装备总体方案
• 2.3 双丝弧焊电源及其控制系统方案的完善
• 2.3.1 逆变主电路的拓扑选择
• 2.3.2 弧焊电源外特性的选择
• 2.3.3 双丝脉冲时序关系的选择
• 2.4 双丝焊炬及冷却系统的选择
• 2.4.1 双丝焊炬
• 2.4.2 冷却系统
• 2.5 人机交互系统
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于DSP的双丝电源控制系统的硬件设计
• 3.1 控制系统总体方案
• 3.2 DSP控制系统构成
• 3.2.1 控制芯片DSP的选择
• 3.2.2 DSP最小系统
• 3.2.3 电流电压反馈电路
• 3.2.4 两路送丝电路设计
• 3.2.5 DA滤波电路设计
• 3.2.6 SCI通信电路设计
• 3.2.7 硬件保护电路设计
• 3.3 硬件抗干扰措施
• 3.4 本章小结
• 第四章 双丝电源控制系统的软件设计和调试
• 4.1 DSP开发环境介绍
• 4.2 控制软件总体设计
• 4.3 功能模块子程序设计
• 4.3.1 A/D采样程序设计
• 4.3.2 PWM模块设计
• 4.3.3 SCI模块及通信协议设计
• 4.4 外特性的选择和控制算法设计
• 4.4.1 焊接电源外特性的选择
• 4.4.2 PI算法在DSP上的实现
• 4.4.3 数字PI控制算法的参数整定
• 4.5 双丝脉冲MIG焊接流程图
• 4.5.1 单丝弧焊程序流程图
• 4.5.2 双丝弧焊程序流程图
• 4.6 软件抗干扰措施
• 4.7 本章小结
• 第五章 双丝电源性能测试及工艺试验
• 5.1 双丝焊接电源试验平台
• 5.2 双丝电源系统调试试验
• 5.2.1 双丝电源硬件电路测试
• 5.2.2 IGBT驱动波形测试
• 5.2.3 PWM与D/A输出转换试验
• 5.2.4 双丝电源静态特性测试
• 5.2.5 双丝电源动态特性测试
• 5.3 单丝焊工艺试验
• 5.3.1 单丝脉冲焊钢试验
• 5.4 双丝焊工艺试验
• 5.4.1 双丝脉冲MIG焊钢相位对比试验
• 5.4.2 前后丝不同平均电流大小的双丝脉冲MIG反相焊钢试验
• 5.4.3 不同电流大小的双丝脉冲MIG反相焊钢试验
• 5.5 试验结论
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 一、主要研究成果和结论
• 二、进一步工作设想
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附表