铝合金脉冲焊接电源系统的研究

论文摘要

自动化领域以及信息产业技术的迅猛发展,为数字化焊接电源的发展创造了良好的条件。本文介绍了数字焊接电源的特点和优势,结合国内外发展和研究现状以及脉冲焊接电源的控制难点,提出了本课题研究的必要性。本文基于DSP和MCU控制芯片对铝合金脉冲MIG焊进行了初步研究。本文主要研究以下几个方面的内容:(1)设计了双管正激交错串联主拓扑的均压控制策略。该均压控制策略是基于电容充电斜率调节和峰值电流控制来直接调节占空比,使得分压电容电压高的模块对应的电容充电斜率变缓,负载流过的电流变大,对应输入电容上消耗更多的电荷,其电压下降;使得分压电容电压低的模块对应的电容充电斜率变陡,负载流过的电流变小,对应的输入电容上消耗较少的电荷,其电压上升,最终实现输入端串连电容的均压和功率均衡。通过仿真和实验有效地验证了该均压控制方法的正确性。(2)设计了铝合金脉冲焊接电源热脉冲引弧控制策略。该热脉冲引弧控制策略主要分为3个阶段:阶段1施加较大引弧电流,保证能够在焊丝端部爆断;阶段2施加相对于阶段1较小的电流以防止引弧过程过大的焊接飞溅;阶段3施加引弧热脉冲,该阶段弧长控制已经形成闭环,可以提供引弧过程足够的能量以及一定的弧压调节能力。基于脉冲焊接电源实验平台进行实验,实验验证了引弧控制策略的有效性。(3)设计了脉冲焊接电源弧长控制策略。该弧长控制策略基于固定频率的弧压反馈闭环控制法实现稳定的弧压调节,具体的控制原理如下:保持整个脉冲电流周期不变,通过采样焊接实时电压并与给定焊接电压相比较,来控制平均电流的大小,调整电流波形(基值电流),进而调节焊丝的熔化速度,使焊丝的熔化速度与送丝机的送丝速度保持一致,维持弧长的稳定,获得稳定的焊接过程。基于DSP和单片机为核心的脉冲MIG焊接电源的数字化控制系统平台进行实验和调试,实验结果表明本脉冲MIG焊接系统实现了精确的电流控制及弧压反馈控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 数字化焊接电源的研究现状
• 1.2.1 均压控制
• 1.2.2 弧长控制
• 1.2.3 焊接控制方式
• 1.3 脉冲MIG 焊控制难点
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 脉冲焊接电源系统设计
• 2.1 系统总体控制方案设计
• 2.2 焊接电源主电路总体设计
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 主电路拓扑选择
• 2.2.3 功率变压器的设计
• 2.2.4 功率开关器件的选择
• 2.2.5 输入输出整流滤波电路设计
• 2.3 脉冲焊接电源PWM 发波设计
• 2.4 人机交互界面设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 焊接电源系统主电路均压控制
• 3.1 双管正激交错串联变换器的均压问题
• 3.1.1 输入串联模块电压均压的稳定性分析
• 3.1.2 均压控制策略
• 3.2 基于Saber 的均压控制方法的仿真研究
• 3.3 实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 焊接电源系统引弧收弧控制
• 4.1 引弧控制
• 4.1.1 引弧过程分析
• 4.1.2 改进型引弧控制
• 4.1.3 引弧实验结果分析
• 4.2 收弧控制
• 4.3 本章小结
• 第5章 数字化焊接电源系统的控制策略
• 5.1 焊接电源系统控制策略
• 5.1.1 弧长控制
• 5.1.2 电流控制
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢