基于DSP的高速CO2焊波控系统的研究

论文摘要

普通CO2焊的焊接速度为0.3~0.5m/min,当焊接速度进一步提高时焊接稳定性变差,焊缝成形差,出现焊道咬边和“驼峰”焊道等缺陷。针对这一问题,设计了一种电流波控模型,利用波控逆变电源可控参数多、响应速度快的特点,分段控制熔滴过渡过程,解决高速CO2焊接过程中焊缝成形差的问题。详细介绍了波控系统控制电路的设计。电源主电路采用IGBT全桥式逆变电路,控制电路以dsPIC30F6010芯片为核心,实现对逆变电源能量输出的快速和精确控制。控制芯片输出四路相互独立的PWM波形,经驱动电路功率放大后触发IGBT,控制电源功率输出。控制电路包括:A/D采样电路、电弧电压及焊接电流反馈电路、时序控制电路、短路/燃弧标志判断电路、PWM DAC电路和等速送丝电路等。通过对短路过渡特点的分析,提出了适合于中薄板高速焊的电流波形控制方法。对CO2焊接过程中短路阶段和燃弧阶段采用不同控制策略,控制熔滴过渡过程中输入的能量,有针对性地解决高速CO2焊接过程中飞溅大及焊缝成形差的问题。基于该波控方法,设计了焊接过程各初始化程序、引弧程序、燃弧阶段控制程序、短路阶段控制程序、收弧程序和故障中断保护程序等。对研制的波控系统进行测试和试焊,并采用汉诺威焊接质量分析仪及MATLAB软件对熔滴过渡过程进行分析。实验结果表明,波控系统设计合理,运行可靠,能实现对熔滴过渡过程的分段控制,焊缝成形良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 高速焊研究现状
• 1.3 波形控制技术原理及研究现状
• 1.3.1 波形控制法及其原理
• 1.3.2 波形控制技术研究现状
• 2 焊波控方法发展趋势'>1.4 CO₂焊波控方法发展趋势
• 1.5 课题研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 波控系统硬件设计
• 2.1 设计要求及主要技术参数
• 2.2 系统的总体方案设计
• 2.2.1 控制芯片选择
• 2.2.2 dsPIC30F6010 简介
• 2.2.3 逆变电源控制系统结构设计
• 2.3 控制系统电路设计
• 2.3.1 波控电源电路原理图
• 2.3.2 dsPIC30F6010 芯片接口设计
• 2.3.3 电压电流信号检测方法
• 2.3.4 焊接电流检测电路
• 2.3.5 短路/燃弧判断电路
• 2.3.6 过电流、过欠电压检测电路
• 2.3.7 时序控制电路
• 2.3.8 PWM DAC 电路
• 2.3.9 送丝系统电路
• 2.4 本章小结
• 第3章 电流波形控制软件设计
• 3.1 电流波形控制基本方案
• 2 焊短路过渡过程分析'>3.1.1 CO₂焊短路过渡过程分析
• 3.1.2 电流波形控制方案
• 2 焊控制系统软件设计'>3.2 波控CO₂焊控制系统软件设计
• 3.2.1 控制软件的组成及功能
• 3.2.2 PWM 输出程序及IGBT 保护程序设计
• 3.2.3 波控主程序设计
• 3.2.4 引弧控制程序设计
• 3.2.5 短路、燃弧控制子程序设计
• 3.2.6 收弧控制程序设计
• 3.2.7 A/D 采样程序设计
• 3.2.8 PID 控制程序设计
• 3.2.9 故障保护中断程序设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统特性测试及工艺性能分析
• 4.1 驱动信号稳定性测试分析
• 4.2 逆变电源系统调试
• 4.2.1 空载电压测试
• 4.2.2 静载电压调试
• 4.2.3 等速送丝电路调试
• 4.3 焊接过程电参数测试分析
• 4.3.1 试验系统
• 4.3.2 试验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢