飞机电磁热铆接系统研究

论文摘要

热铆接技术作为解决难成形、大直径铆钉铆接难题的一种关键技术已经应用于航空航天领域。但我国现有热铆接设备无法保证飞机的铆接效率和铆接质量，热铆接工艺在生产实践中应用也较少。本文主要研究了以高性能微处理器、磁感应加热、功率电子技术为基本技术特征的飞机电磁热铆接软硬件平台，开发出加热、铆接一体化的新型飞机电磁热铆接系统，其主要研究成果概括如下：针对我国飞机热铆接技术的现状和存在问题，提出了基于电磁感应加热原理的飞机热铆接方法；并对电磁热铆接技术中的关键技术问题，给出了详细解决方案，构建了飞机电磁热铆接系统。通过串并联谐振电路特性和波形的研究，结合电磁热铆接系统要求，设计了飞机电磁热铆接的全桥串联谐振逆变主电路，并对主电路关键元件参数进行了详细设计和调试。依据飞机热铆接的功能需求，以DSP为核心，设计了飞机电磁热铆接主控制系统的硬件电路和各接口电路。基于DSP的软件开发平台，开展了飞机电磁热铆接系统的软件研究和设计，着重分析编写了A/D采集、PWM模块、LCD显示键盘模块的软件程序。通过软硬件联调，基本满足了飞机电磁热铆接系统的控制系统的要求。探讨了极值自寻优控制算法的基本原理和收敛性，将极值寻优控制算法应用到电磁热铆接逆变主电路谐振频率的跟踪，简化了谐振频率跟踪电路、提高了电磁热铆接系统热稳定性和工作效率。根据逆变主电路的输出特性和系统的设计要求，设计了飞机电磁热铆枪的结构和组成，通过实际试验，获得了合理的加热线圈的参数和制作工艺，实现了加热、铆接一体化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 飞机铆接研究现状
• 1.2.2 电磁感应加热研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 飞机电磁热铆接系统总体研究与设计
• 2.1 总体设计思想
• 2.2 主要技术方案
• 2.2.1 逆变主电路分析
• 2.2.2 谐振频率的跟踪
• 2.2.3 铆钉温度的控制
• 2.2.4 电磁热铆枪的设计
• 2.3 电磁热铆接系统组成
• 2.4 本章小结
• 第3章 电磁热铆接逆变主电路设计
• 3.1 磁感应加热的基本原理
• 3.2 谐振电路负载分析
• 3.2.1 串联谐振负载
• 3.2.2 并联谐振负载
• 3.2.3 串并联谐振电路的比较
• 3.3 逆变主电路工作原理与波形分析
• 3.3.1 工作原理
• 3.3.2 波形分析
• 3.4 逆变主电路参数设计
• 3.4.1 直流侧主电路分析计算
• 3.4.2 逆变侧主电路分析计算
• 3.4.3 负载谐振槽路分析计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 飞机电磁热铆接主控制系统设计
• 4.1 电磁热铆接控制系统总体设计
• 4.2 DSP系统模块设计
• 4.2.1 DSP与外部RAM接口
• 4.2.2 电源模块设计
• 4.3 A/D采样接口模块设计
• 4.3.1 A/D转换电路
• 4.3.2 电流、电压采样电路
• 4.4 IGBT驱动电路设计
• 4.4.1 IGBT对驱动电路的要求
• 4.4.2 IGBT驱动模块EXB841
• 4.4.3 IGBT驱动电路
• 4.5 液晶显示与键盘电路设计
• 4.6 监控通信模块设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 电磁热铆接系统软件设计
• 5.1 软件系统总体设计
• 5.2 软件系统详细设计
• 5.2.1 软件系统初始化
• 5.2.2 脉宽调制PWM的编程
• 5.2.3 A/D采样编程
• 5.2.4 液晶屏显示编程
• 5.2.5 铆钉温度控制编程
• 5.3 本章小结
• 第6章 极值寻优算法在谐振频率跟踪中的实现
• 6.1 基本算法
• 6.2 算法的收敛性分析
• 6.3 极值寻优步进方向的确定
• 6.4 谐振频率极值寻优控制的软件实现
• 6.5 本章小结
• 第7章 飞机电磁热铆枪的设计
• 7.1 电磁热铆枪结构原理
• 7.2 电磁热铆枪激励线圈的设计
• 7.2.1 激励线圈参数确定
• 7.2.2 激励线圈的制造工艺
• 7.3 实验结果
• 7.4 本章小结
• 第8章 全文总结与展望
• 8.1 全文工作总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢