數(shù)字化埋弧焊逆變電源控制系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、焊接技術(shù)為工業(yè)領(lǐng)域的重要支柱技術(shù)之一，隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展對焊接電源提出了更高的要求，數(shù)字化弧焊逆變電源相較于傳統(tǒng)模擬焊接電源具有控制精度高、穩(wěn)定性好、控制靈活的優(yōu)點(diǎn)，是焊接電源未來的發(fā)展趨勢。埋弧焊是一種應(yīng)用廣泛的焊接工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化焊接，具有焊接效率高，勞動條件好的優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)埋弧焊電源產(chǎn)品仍以模擬控制為主，相較與國外數(shù)字化埋弧焊逆變電源仍有較大差距，高端埋弧焊接電源市場仍被國外公司占有，因此對數(shù)字化埋弧焊逆變電源控制系統(tǒng)展開研究

2、與設(shè)計，具有重要理論與應(yīng)用意義。
　　 本文分析了弧焊逆變電源變壓器原邊峰值電流反饋與副邊電流反饋的特點(diǎn)，討論了弧焊逆變電源采用不同反饋模式時的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計了數(shù)字化雙閉環(huán)峰值電流模式DPWM控制方案，該方案能夠防止焊接過程中主變壓器發(fā)生偏磁，并且系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快，電流輸出精確，兼具峰值電流反饋與副邊電流反饋的優(yōu)點(diǎn)。針對埋弧焊接工藝對電弧的要求，分析了焊接電弧特性，設(shè)計了焊接弧長實時調(diào)節(jié)策略，采用PID控制器進(jìn)行送絲電機(jī)PWM驅(qū)動脈

3、寬的調(diào)節(jié)，完成電弧弧長的控制。確立了以焊接電流、焊接電壓、行車速度為控制對象的閉環(huán)控制策略，實現(xiàn)埋弧焊接過程中電弧的穩(wěn)定控制。
　　 依據(jù)數(shù)字化埋弧焊逆變電源系統(tǒng)的硬件需求，硬件系統(tǒng)主控單元采用FPGA為核心，并嵌入32位NiosⅡ處理器。本文設(shè)計了由D/A轉(zhuǎn)換器、斜坡補(bǔ)償、比較器與原邊峰值電流采集組成的數(shù)字化雙閉環(huán)峰值電流模式控制方案的硬件電路，并根據(jù)焊接電壓與行車速度的控制要求，設(shè)計了送絲電機(jī)與行車電機(jī)的驅(qū)動硬件電路。以A/

4、D轉(zhuǎn)換器為核心設(shè)計了焊接電流、焊接電壓及行車電機(jī)電樞電壓信號的采樣電路。此外設(shè)計了主控系統(tǒng)的通信電路，焊接參數(shù)可通過人機(jī)接口進(jìn)行讀寫。
　　 在硬件平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件設(shè)計時，將系統(tǒng)控制策略進(jìn)行模塊化劃分，使用VHDL硬件描述語言編寫焊接過程中算法及數(shù)據(jù)處理模塊，包括數(shù)字化雙閉環(huán)峰值電流控制模塊、數(shù)據(jù)采樣濾波模塊、DPWM驅(qū)動模塊等;嵌入NiosⅡ軟核內(nèi)程序使用C語言編寫，主要完成FPGA與外部人機(jī)接口的數(shù)據(jù)通信與焊接時序控制。F