PMIG弧焊電源數字化控制策略的研究與實現.pdf

1、數字化逆變弧焊電源較傳統的模擬式焊接電源能有效地提高焊接效率和焊接質量,因而成為焊接領域的發(fā)展趨勢。焊接電源實現由模擬式到數字化控制的過程中需要克服眾多的技術難題,如數字PWM驅動及保護功能、焊接信號采樣及去噪、控制策略的抉擇、數據實時處理能力等,而嵌入式技術和EDA技術的發(fā)展為這些難點的解決提供了新的方法。
　　 通過對焊接電流信號特點和噪聲形成機理的分析,認為功率開關器件的高頻動作是焊接信號主要的干擾源,并針對此高頻噪聲干擾

2、設計了高速FIR數字濾波器,對采樣后的電流信號進行數字濾波,提高了數字信號的準確度;分析了電流型和電壓型PWM的控制原理,結合變壓器原邊及副邊電流特點,設計了以副邊電流反饋、峰值電流保護的電流型DPWM控制策略,實現了高精度的PWM脈沖輸出及主回路的過流保護。
　　 在分析了PMIG焊熔滴過渡方式及脈沖波形對焊接質量影響的基礎上,設計了基于分段PI調節(jié)的電流環(huán)控制策略,實現對焊接輸出電流的精確控制,保證一脈一滴的熔滴過渡形式;針

3、對焊接電弧的控制要求,設計了能限制脈沖頻率的實時弧長同步脈沖調節(jié)策略,可在單周期內完成弧長調節(jié);為了簡化焊接參數設置及方便操作,根據各焊接參數間的關系確定了參數一元化調節(jié)方案,通過設定焊接電壓,系統即可自動給出其他相應的焊接參數;結合當前焊接技術的發(fā)展趨勢,設計了基于USB和以太網的焊接參數控制、數據存儲方案,可利用U盤及以太網實現焊接參數的給定及焊接電流、電壓的數據存儲。
　　 針對所確定的焊接信號提取、控制及驅動策略,主控系

4、統采用FPGA芯片作為主控單元,并嵌入了32位的NiosⅡ處理器。在FPGA內部,通過構建DPRAM來實現各功能模塊與NiosⅡ處理器之間的大量數據交互;基于Verilog硬件描述語言實現的功能模塊負責焊接過程中所有的算法及數據處理,包括電壓電流雙閉環(huán)控制、數據采樣濾波處理、DPWM驅動及焊接工藝控制等,實現了信號控制速度快、數據吞吐量大的控制優(yōu)勢;基于C語言開發(fā)的NiosⅡ嵌入式處理器則負責FPGA與外部的數據通信及焊接時序控制,使主

5、控系統的通信和控制方式更為靈活。顯示面板硬件上采用“數碼管+LED”的顯示方式,輸入則采用旋轉編碼器結合按鍵的方式,實現了焊接數據的遠距離顯示及參數的快速調節(jié)。而對于通信方案的硬件實現平臺,選用了集成USB和以太網模塊的MCF52259芯片,使電路設計簡單化、可靠化。
　　 對設計的數字化PMIG焊接電源控制系統進行了模塊功能測試,在確保各模塊可靠穩(wěn)定的前提下進行了相關的焊接試驗。試驗結果表明,在設計的數字化弧焊電源系統控制下,