CO2焊接波形控制策略及其系统实现

论文摘要

为了解决CO2飞溅大的问题,国内外学者做了大量工作,通过研究发现,在短路过渡CO2焊中使用适合熔滴过渡行为的波形控制,可以有效地减少焊接飞溅的产生。传统的模拟控制在控制精度、速度和稳定性上不能满足波形控制的要求,随着数字化技术的引入,尤其是高频率开关元件的出现,为精确分析和控制熔滴过渡过程的电流、电压波形奠定了基础。本文深入分析了数字化焊接电源的研究进展,通过总结各种控制飞溅措施的优劣点,提出了基于PI控制的自寻优波形控制策略,该方案将定时控制与PI反馈控制相结合,巧妙的回避了CO2短路过渡中颈缩点不易检测的难点,而通过调节短路电流增长率di/dt,使颈缩在设定时间内、低电流的条件下断裂,达到减小飞溅的目的。根据此方案,设计完成了包括驱动IGBT的相位差180o的双路PWM信号产生程序,A/D转换程序、PI控制程序、以及异步通信程序和焊接主程序。另外,对系统密切相关的稳定和抗干扰问题进行了详细的讨论。最后本文进行了相关的实验研究,研究结果表明,本文研究的数字化控制系统与相应的硬件电路能够很好的配合以实现程序设计的各项功能,并且能够按照方案要求输出实时、正确的控制波形,采用该数字化控制系统可以进行弧焊电源的数字化控制技术研究。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 2焊接电源发展与数字化技术'>1.1 CO₂焊接电源发展与数字化技术
• 1.2 数字化焊接电源的基本结构和功能
• 2焊接电源的发展现状和前景'>1.3 数字化CO₂焊接电源的发展现状和前景
• 1.4 本文的研究目的和主要研究内容
• 2短路过渡控制理论及方案设计'>第二章 CO₂短路过渡控制理论及方案设计
• 2短路过渡与飞溅的产生'>2.1 CO₂短路过渡与飞溅的产生
• 2.1.1 影响熔滴形成的影响因素
• 2.1.2 短路过渡飞溅产生机理
• 2.2 控制飞溅措施与波形控制理论
• 2.2.1 传统控制方法
• 2.2.2 脉动送丝控制
• 2.2.3 组合外特性控制
• 2.2.4 波形控制
• 2.3 本课题选择的系统控制策略
• 2.3.1 各种控制方法的利弊
• 2.3.2 基于PI算法的新型自寻优控制
• 2.4 小结
• 第三章 系统主控功能总体设计及相关硬件电路
• 3.1 数字化焊接电源系统框架
• 3.2 控制器芯片
• 3.2.1 MSP430F149 主控芯片
• 3.2.2 TMS320LF2407A概况
• 3.3 相关硬件电路
• 3.3.1 电流反馈电路
• 3.3.2 电压反馈电路
• 3.3.3 短路检测及颈缩检测电路
• 3.3.4 串口通信电路
• 3.4 小结
• 第四章 控制策略与参数选择
• 4.1 控制参数选择
• SK )'>4.1.1 短路电流增长速率（ di/dt ）及其控制时间( t_SK)
• SW )及润湿时间( t_SW )'>4.1.2 短路润湿电流( i_SW )及润湿时间( t_SW)
• SI )与短路峰值电流( i_SP )'>4.1.3 短路初值电流( i_SI )与短路峰值电流( i_SP)
• SC )及其理想维系时间( t_ISC )'>4.1.4 颈缩电流( i_SC )及其理想维系时间( t_ISC)
• 4.2 PID控制理论
• 4.3 稳定及抗干扰问题讨论
• 4.4 小结
• 2焊接控制系统程序设计'>第五章 CO₂焊接控制系统程序设计
• 5.1 软件系统设计
• 5.2 主程序控制
• 5.3 A/D采样子程序
• 5.4 PWM波形产生子程序
• 5.5 收弧及引弧子程序
• 5.6 燃弧子程序
• 5.7 短路过渡波形控制
• 5.8 DSP与MCU通信程序设计
• 5.9 小结
• 第六章 实验验证
• 6.1 系统响应实验
• 6.1.1 初始短路期
• 6.1.2 初始短路控制到短路电流增长率控制过渡期
• 6.1.3 短路电流增长率控制期
• 6.1.4 颈缩控制期
• 6.1.5 颈缩控制到引弧脉冲过渡期
• 6.1.6 引弧脉冲向正常燃弧过渡期
• 6.1.7 正常燃弧期
• 6.2 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢