熔化极气体保护焊引弧过程的智能控制

论文摘要

CO2焊因其具有高效节能、成本低和易于实现自动化等优点，已广泛应用于低合金钢、低碳钢的结构焊接。随着焊接自动化与智能化的发展，对CO2焊的引弧成功率的要求越来越高。为提高CO2焊的引弧成功率，减小焊接飞溅，本文提出了在引弧阶段采用大功率引弧，小功率维弧，慢送丝的控制方案。焊接逆变电源采用dsPIC30F6010芯片为控制核心，可输出六路PWM波形，其中四路用于驱动IGBT逆变器，另一路用于控制送丝速度。所设计的控制系统采用神经元PID控制器进行闭环控制，在引弧阶段采用恒功率控制，在短路阶段采用恒流控制，在燃弧阶段采用恒压控制；通过MATLAB软件对控制器进行仿真，将神经元PID控制器与传统PID控制器进行比较，仿真结果表明神经元PID控制器控制效果更好。文中详细介绍了系统的相关硬件，包括送丝控制电路、IGBT驱动电路及其保护电路；设计了引弧控制程序、短路控制程序、燃弧控制程序和中断程序等。借助于汉诺威焊接质量分析仪和高速摄影仪，分析焊接电信号和焊接动态过程，研究了送丝速度对引弧成功率的影响；对比分析了在引弧阶段分别采用恒功率控制和恒流控制对引弧性能的影响，并与国产焊机进行比较。试验结果表明：采用慢送丝与恒功率相结合的控制方法，具有良好的引弧性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 引弧过程焊丝熔断部位的分析
• 1.2.2 接触点接触电阻与能量分析
• 1.2.3 影响引弧过程的因素
• 1.2.4 改善引弧性能的方法
• 1.2.5 引弧性能的评定
• 1.3 神经网络控制技术在焊接中应用
• 1.4 本课题的主要任务
• 1.5 本章小结
• 第2章 逆变电源硬件设计
• 2.1 逆变电源的组成
• 2.2 控制芯片 dsPIC30F6010 介绍
• 2.3 主电路介绍
• 2.4 控制系统外围电路设计
• 2.4.1 时序控制电路
• 2.4.2 保护电路的设计
• 2.5 IGBT 驱动电路的设计
• 2.6 PWM 控制的送丝系统硬件设计
• 2.7 输出整流电路设计
• 2.8 本章小结
• 第3章 神经网络控制器的设计
• 3.1 神经网络的基本原理
• 3.1.1 人工神经元模型
• 3.1.2 人工神经元连接权
• 3.1.3 人工神经元活化函数
• 3.1.4 神经元的连接形式
• 3.1.5 神经网络学习规则
• 3.2 神经元 PID 原理及其算法
• 3.2.1 PID 控制器程序设计原理
• 3.2.2 神经元 PID 算法
• 3.3 神经元 PID 控制仿真与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 逆变电源控制系统软件设计
• 4.1 开发软件简介
• 4.2 CO2焊焊接过程分析及控制波形的确定
• 4.3 CO2焊短路过渡主程序
• 4.4 引弧控制程序的设计
• 4.5 小功率维弧时间的给定程序设计
• 4.6 神经元 PID 引弧控制的 DSP 实现
• 4.6.1 焊接控制在 DSP 控制的介绍
• 4.6.2 恒功率引弧控制的实现
• 4.7 短路/燃弧子标志程序设计
• 4.8 短路/燃弧子程序设计
• 4.9 本章小结
• 第5章 焊机调试与试验分析
• 5.1 焊机调试
• 5.1.1 驱动 IGBT 的 PWM 波形测试分析
• 5.1.2 送丝系统测试分析
• 5.2 实验分析
• 5.2.1 试验装置
• 5.2.2 试验条件与目的
• 5.2.3 试验结果与分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢