全数字化逆变式等离子弧切割电源的研制

论文摘要

随着制造业在技术和规模上的发展,切割材料用量逐渐增加,对切割质量和效率也提出了更高的要求,等离子弧切割作为一种现代切割技术,在切割领域中占有越来越重要的位置。其中切割电源的性能决定了切割质量和效率,是实现等离子弧切割的核心设备,现有的逆变式等离子切割电源,仍采用模拟电路进行控制,导致等离子弧的脉动特性无法进行有效的调节,很大程度上影响了切割质量和效率。本文即是在这样的工程背景下,致力于逆变式等离子切割电源的数字化研究,并在数字化硬件平台的基础上,采用了智能工艺过程控制策略,从根本上提高系统的精度,本课题的研究具有重要的现实意义。主控制系统的数字化是实现数字逆变式等离子弧切割电源的关键。本文设计了以高性能控制器DSP TMS320LF2407为核心的数字化控制系统,提高了系统精度和可靠性,实现切割过程实时、有效的在线控制。人机交互系统的数字化是等离子弧切割电源数字化程度的重要体现,文中设计了以混合信号微控制器C8051F020K+为核心的数字化人机交互系统,实现信息化、智能化等功能。由于采用主控系统与人机交互系统独立设计方案,本文所设计的全数字化逆变式等离子弧切割电源能够更好的适应复杂的切割工艺。由于工艺参数的控制策略是影响切割效果的最关键因素,本文针对切割工艺多参数的动态耦合,最优输出的不确定性,以及电源自身对参考值的跟踪控制要求,研究了一种新型智能控制策略。将RBF神经网络与专家系统融合,通过其非线性映射作用得到闭环控制器的参考切割电流;然后以参考电流偏差以及偏差变化率为输入,经过模糊逻辑自整定PID算法,实现系统对工艺参数实时变化的随动控制。最后,以MATLAB为仿真平台,搭建系统仿真模型,从稳定性、鲁棒性等角度验证系统性能,算法的可行性。并通过切割对比试验,从切割质量上验证了切割电流为200A数字化逆变式等离子切割机的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 数字化逆变式等离子弧切割电源系统设计
• 2.1 电源系统总体设计
• 2.2 主电路设计
• 2.3 数字化双核控制器设计
• 2.3.1 基于 TMS320LF2407 DSP 主控制系统电路设计
• 2.3.2 人机交互系统设计
• 2.3.3 控制系统软件设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 等离子弧工艺分析及控制器设计
• 3.1 等离子弧切割工艺过程分析
• 3.2 控制器结构设计
• 3.2.1 控制器结构框架
• 3.2.2 基于RBF 神经网络专家系统解耦控制器设计
• 3.2.3 模糊PID 自适应控制器设计
• 3.3 仿真模型建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统仿真与实验研究
• 4.1 系统仿真研究
• 4.2 系统实验研究
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢