基于双处理器的脉冲MIG焊电源数字化控制系统的研究

论文摘要

与直流熔化极氩弧焊相比,脉冲熔化极氩弧焊具有电流调节范围广、热输入量可控性好以及有利于实现全位置焊接等一系列优点,因此被广泛应用。数字化控制具稳定性好和控制精度高以及控制灵活、易于实现柔性化控制等优点。将数字化技术用于控制脉冲熔化极氩弧焊,近年来得到了学术界的高度关注。为此,本文以单片机（MCU）和数字信号处理器（DSP）为控制核心,在理论分析的基础上进行了脉冲MIG焊的电源数字控制系统的研究。本课题首先分析了脉冲MIG焊的熔滴过渡行为,提出了相应的控制方案,采用了双阶梯型电源外特性。以MCU+DSP为核心,构建了脉冲MIG焊电源数字控制系统的模型,并进行了数字化逆变焊接电源的控制系统的硬件设计,包括电流、电压采样电路设计及双路PWM输出隔离电路设计等;建立了弧焊电源及其控制系统的数学模型以及仿真模型,借助MATLAB对控制系统进行仿真研究,得到了数字控制器的最佳参数范围;采用CCS编程环境,编写了脉冲MIG焊主程序、引弧子程序、收弧子程序、正常焊接子程序、PI控制子程序等。在单脉冲MIG焊基础上,本课题分析了双脉冲波形特点,并进行了双脉冲MIG焊程序设计。实验表明,本文设计的数字控制系统具有很好的实用性,其输出的PWM控制信号能够实现脉冲MIG焊双阶梯形外特性和对脉冲波形的控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 数字化焊接电源系统简介
• 1.1.1 数字化焊接电源的定义与特点
• 1.1.2 数字化焊接电源的优点
• 1.2 熔化极脉冲氩弧焊概述
• 1.2.1 熔化极脉冲氩弧焊的脉冲参数
• 1.2.2 熔化极脉冲氩弧焊的研究现状及存在问题
• 1.2.2.1 熔化极脉冲氩弧焊的控制方法
• 1.2.2.2 熔化极脉冲氩弧焊控制方法的实现方式
• 1.2.2.3 熔化极双脉冲氩弧焊的研究现状
• 1.3 本课题的研究目的及主要研究内容
• 第二章 脉冲MIG 焊的熔滴过渡行为及电源外特性的控制策略
• 2.1 脉冲MIG 焊熔滴过渡行为
• 2.1.1 熔滴过渡的机理
• 2.1.2 脉冲MIG 焊熔滴过渡形式
• 2.2 脉冲MIG 焊熔滴过渡的影响因素
• 2.3 焊接电源外特性设计方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 双处理器数字化焊接电源硬件设计
• 3.1 数字化焊机系统总体设计
• 3.2 单片机控制系统设计
• 3.3 DSP 控制系统设计
• 3.3.1 TMS320LF2407A 简介
• 3.3.2 DSP 系统接口设计
• 3.4 控制电路硬件设计及调试
• 3.4.1 电压采样电路
• 3.4.2 电流采样电路设计
• 3.4.3 双路PWM 输出隔离电路
• 3.5 本章小结
• 第四章 控制策略与PI 控制参数的确定
• 4.1 PID 控制系统理论
• 4.2 控制系统数学模型的建立
• 4.2.1 控制对象传递函数的确定
• 4.2.2 电压反馈通道传递函数的确定
• 4.2.3 电流反馈通道传递函数的确定
• 4.3 控制参数的确定
• 4.3.1 电压数字PI 控制器参数的确定
• 4.3.2 电流数字PI 控制器参数的确定
• 4.4 本章小结
• 第五章 脉冲MIG 焊数字控制系统软件设计
• 5.1 单片机系统人机对话界面设计
• 5.2 DSP 系统控制总体程序的设计
• 5.3 中断服务子程序设计
• 5.4 引弧子程序设计
• 5.5 收弧子程序设计
• 5.6 正常焊接子程序设计
• 5.6.1 双路PWM 信号产生子程序设计
• 5.6.2 A/D 采样及转换子程序设计
• 5.6.3 PI 控制子程序设计
• 5.7 双脉冲MIG 焊控制系统设计
• 5.8 本章小结
• 第六章 实验验证
• 6.1 单脉冲焊的双路相差 180°相位 PWM 控制信号
• 6.2 双脉冲焊的双路相差 180°相位 PWM 控制信号
• 6.3 双路相差 180°相位收弧 PWM 控制信号
• 6.4 双处理器数字化电源的双阶梯型外特性验证
• 6.4.1 电压负反馈控制
• 6.4.2 电流恒流控制
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢