多功能逆变焊机数字化控制系统研究

【摘要】电力电子技术和控制技术的发展给数字化弧焊电源带来了广阔的发展前景。数字化弧焊电源具有控制精度高,稳定性好,效率高等特点；具有更好的工艺稳定性和更好的工艺效果；具有良好的通讯接口,可以与PC机通讯,植入焊接专家系统实现智能化控制,可以方便地实现焊接过程的监控。数字技术极大地推动了焊接电源性能的提高和功能的拓展,数字化弧焊电源已经从简单的焊接电弧功率供给单元向多功能复合的智能型焊接设备发展。本文以Microchip公司16位系列的dsPIC30F4011数字信号控制器为控制核心,设计多功能逆变焊机数字化控制系统,实现手工电弧焊恒斜率下降和恒流带外拖外特性输出,实现直流TIG焊和脉冲TIG焊控制。本文首先分析了弧焊电源的工作原理,介绍了软开关型全桥逆变式主电路及其工作原理。对数字信号控制器dsPIC30F4011进行合理的资源分配,设计控制系统硬件电路。硬件电路主要包括采样电路、保护电路、D/A转换电路、PWM发生电路、驱动电路、参数显示电路等。设计的人机交互系统便于用户植入焊接参数,并能直观地以数字式显示焊接过程参数。在控制系统硬件的基础上,设计控制系统软件。设计主程序流程图,根据焊接方式标志位进入不同的焊接控制子程序。通过软件编程,实现不同的焊接时序控制,在同一硬件系统实现多种焊接功能。根据TIG焊的工艺时序,设计TIG焊提前送气、引弧、电流上升、脉冲控制、电流衰减、滞后送气等焊接控制程序。程序采用模块化设计,软件编写A/D转换子程序、D/A转换子程序、参数设置、显示程序等。控制系统采用PI控制。根据不同的焊接方式,采取不同的运算处理实现不同的外特性输出。为了提高控制系统的抗干扰能力保证焊机的可靠工作,采取了不同的硬软件抗干扰措施。在熟悉MPLABIDE软件开发平台基础上,编写和调试软件。对数字化控制系统进行试验。实验表明,操作面板简单、直观,操作方便。测试DAC的输出和IGBT驱动信号,均能达到预期的效果。测试焊机输出的空载电压,空载电压能满足弧焊电源对引弧的要求。利用高压探头IGBT两端的电压,利用互感器检测主电路变压器原边电流,结果表明主电路能实现软开关。用铸铁电阻作为假负载,测试手工电弧焊的两种外特性曲线。在TIG焊方式下,检测高频引弧的成功率,通过霍尔电流传感器检测脉冲TIG焊的输出波形。试验表明设计的数字化控制系统能够实现预期的效果。
【作者】余小榕；
【导师】陈克选；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】多功能；数字化；dsPIC30F4011；控制系统；

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