郭丽萍[1]2003年在《熔化极气体保护弧焊逆变电源控制系统的研制》文中研究表明弧焊逆变电源具有控制性能好、动态响应快、易于实现焊接过程的实时控制等优点，在性能上具有很大的潜在优势，因此在焊接领域得到越来越广泛的应用。从长远观点来看，弧焊逆变电源是焊接电源的发展方向。但与发达国家相比，目前我国在弧焊逆变电源的研制和应用中还存在着很大的差距。本文为熔化极CO2保护的IGBT逆变半自动弧焊机电源研制了一套控制系统。主要工作包括以下几点：①根据CO2气体保护焊机的工艺要求，设计了一套弧焊逆变电源的控制系统。根据熔化极CO2焊机具有燃弧和短路两种工作状态，且两种状态下控制目标不同的特点，在控制系统中设计了双闭环反馈：焊接电压反馈及焊接电流变化率di/dt反馈。②电源控制电路以PWM控制芯片TL494为核心。利用电压负反馈实现所要求的平外特性。对电源动特性的控制通过改变反馈电路中的给定焊接电压实现。控制电路中还设计了驱动电路和保护电路。此外，由于焊机为半自动焊机，论文中设计了焊丝的自动送进系统及其调速控制系统。③为了设计控制系统中误差放大器的参数，利用状态空间平均法建立了电源系统的低频小信号数学模型，进而利用控制理论中的频域分析法设计了系统的补偿网络，即误差放大器的参数。根据加入补偿网络后的开环传递函数，分析了系统在小信号扰动时的稳定情况及系统对阶跃信号的跟踪能力。分析结果证明：电源系统在短路和负载工作状态下都可以稳定工作。④根据弧焊电源系统工作在大信号扰动状态下的特点，建立了电源系统的大信号仿真模型。并利用Matlab仿真软件对其进行仿真研究。仿真结果证明所设计的电源控制系统在强烈的负载大信号扰动下，能够稳定工作，仿真波形满足CO2焊的工艺要求。⑤制作、调试了一套电源控制电路的硬件系统。并上机进行焊接实验，测量弧焊电源系统的外特性曲线。实验结果表明：所设计的弧焊电源系统工作稳定，焊接时飞溅小，实现了要求的平外特性曲线，满足焊接工艺的要求。
龚丽[2]2004年在《熔化极气体保护弧焊逆变电源的智能控制研究》文中指出弧焊逆变电源以电力电子器件作为开关组件，采用反馈控制系统实现其焊接工艺要求。由于具有焊接性能好、响应快、动特性好、有利于实现自动化等优点，而且高效节能、质量轻、体积小、功率因数高，弧焊逆变电源已成为国际上公认的最先进的焊接电源，是一种最有发展前途的普及性弧焊电源。实际的焊接过程非常复杂，采用传统的控制方法很难满足控制要求或控制效果不佳。文中主要研究智能技术在弧焊电源中的应用技术。 弧焊逆变电源是一种典型的非线性环节与线性环节综合的自动控制系统。在不考虑负载变化的基础上，建立了系统的小信号线性模型。由于在CO_2短路过渡焊在焊接过程中，要频繁的燃弧、短路。对于为其供电的弧焊电源来说，系统是在大信号扰动下工作的。因此，建立了弧焊逆变电源的大信号非线性模型。仿真结果表明，非线性模型的输出电压、电流及电流变化率能够满足焊接工艺的要求。 根据所建立的非线性模型，采用BP网络进行系统辨识。利用Matlab 6.x中的神经网络工具箱建立网络并进行训练、仿真。在神经网络自学习过程中，引入了自适应学习速率和动量法，加快了网络的收敛速度，提高了网络的辨识精度。 将专家系统和神经网络相结合是目前人工智能(AI)技术的一个重要研究方向。文中对专家系统和神经网络两者的区别和互补进行了详细的分析。根据两者的互补性，将人工神经网络的知识获取与表示方法引入专家系统，建立了基于神经网络的弧焊工艺选择专家系统的结构，阐述了系统各部分的功能以及系统工作过程。 设计了基于神经网络的专家系统的神经网络学习模块、知识库、推理机模块和数据库系统。神经网络学习模块采用BP网络，通过仿真分析确定了网络的结构。将训练样本进行归一化处理后，对网络进行训练，有关网络结构、权值构成等知识存入知识库，完成知识库的组建。采用正向推理机制，利用知识库中的知识进行推理。采用SQL Server创建数据库，在Visual C++6.0环境下，利用MFC类，通过ODBC(开发数据库连接)接口对创建的数据库文件进行编程与访问。系统能够实现在已知母材类型、厚度和焊丝直径数的情况下，由所设计的基于神经网络的专家系统推导出满足要求的焊接电压和焊接电流。
陈涛[3]2012年在《基于DSP的低能量输入GMAW焊接电源控制系统的研究》文中研究表明数字化逆变电源的出现和发展是焊接技术的进步，有人甚至把它比作焊接技术的数字化革命，也有人把它比作焊接技术的IT革命。数字化逆变电源不仅仅推动了焊接电源的发展，更重要的是它对焊接技术的长远发展产生了积极的影响作用。本文首先介绍了“数字化”的概念，分析了数字化逆变弧焊电源的特征。结合低能量输入GMAW推拉丝短路过渡的控制方式研究现状，以及对短路过渡各阶段控制的不断细化的发展趋势，将数字化技术引入控制过程中，使得焊接过程更加稳定和精确，并能降低焊接过程的飞溅和改善焊缝成形。本论文简要介绍了数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）的产生、应用领域及发展趋势等，接着详细阐述了其工作原理、结构特征及芯片的选型。重点介绍了所研制的IGBT逆变GMAW焊接电源系统的组成部分和控制原理。分别就逆变电源的主电路进行了简述，对控制电路、保护电路和驱动电路做了详细分析，并从软硬件两方面进行了系统的阐述。主电路采用软开关式全桥逆变结构，选用IGBT作为逆变器件，逆变频率选定为20KHz，主电路主要由下述几部分组成：整流滤波电路、逆变电路、中频变压器、输出整流以及输出滤波电路。控制系统以32位数字信号处理器TMS320F2812为核心，采用了目前比较常用的脉宽调制方式PWM（Pulse Width Modulation）即控制IGBT的导通时间来实现焊机输出功率与输出特性的控制。DSP输出的控制量经D/A转换后，经UC3846芯片及两片555芯片产生四路脉冲，再经IGBT专用驱动模块进行功率放大后触发IGBT。系统实时对输出电流进行采样，将采样结果送入到DSP进行A/D转换。文中还详细介绍了DSP开发环境CCSv3.3的安装和设置以及开发工具ICETEK-5100USB的使用。本文还详细阐述了DSP片内的资源分配和外围电路的功能等。并针对焊接过程中可能出现的典型故障：过流、过热、过/欠压等，设计了相应的保护电路。在焊机的主电路和控制电路部分都进行了可靠性与抗干扰设计，系统分析了可能影响焊机正常工作的各种干扰及其产生原因，并在原理图设计、PCB制作以及程序编制的过程中采取了相应的软硬件抗干扰措施。系统软件采用C语言，以模块化方法设计。文中详细介绍了主程序及中断服务程序的功能和结构。通过试验，对该电源的实现方案、组成部分进行了分析，得到了初步的试验结果，给出了在试验过程中记录的相关数据与波形；对试验过程中出现的问题进行研究分析，提出了解决方法。试验结果表明：硬件电路简单可靠，系统软件高效、移植性好，抗干扰能力强，基本达到了最初设计的构想和要求。最后，针对本焊机的后续研究工作提出了进一步完善的建议，为数字化焊机今后的深入研究奠定了良好的基础。
周志军[4]2002年在《单片机控制PMIG逆变焊机的研制》文中认为脉冲MIG焊以在很大的电流范围内获得射滴过渡，轴向性好，飞溅小，适于全位置焊接，焊缝成形美观的优点，大大促进了高质量，高效率焊接工艺的发展。随着PMIG焊的推广，PMIG焊电源也得到了不断的发展。 在弧焊电源中，控制部分对整机性能的优劣关系重大。现在绝大多数弧焊逆变电源都以集成运放电路组成控制系统，对于难以控制要求又特别高的情况，单纯依靠这种传统的模拟控制难以达到其控制目的。而采用逆变电源配上微机控制不仅能满足一般弧焊电源的基本要求，还具有高精度，多功能的特点，因此微机控制的弧焊逆变电源已成为当今焊接电源的发展方向。 基于此，本课题研制了一台单片机控制PMIG焊的样机。其中包括以IGBT为功率开关器件的全桥逆变弧焊电源，和以80C196KC为核心的单片机控制电路。通过软件的灵活编制，单片机控制系统可按要求输出不同的焊接电流给定信号，从而来控制焊机的输出电流波形。另一方面，单片机控制系统还根据焊接工艺的要求实现了焊机的工作时序，以及二拍、四拍的程序控制方式。单片机控制系统，还提供了良好的人机交互界面，使操作者能方便地设置和调节焊接方法的工艺参数。 由于焊机工作时大电流、强磁场的环境恶劣，使得单片机控制系统不能正常工作，因此单片机控制PMIG焊机的抗干扰问题是本课题的关键所在。本文从硬件抗干扰和软件抗干扰两个方面采取了一系列有效的措施，提高了系统的抗干扰能力。 试验结果表明，单片机控制的PMIG逆变焊机易于操作，使用灵活，抗干扰能力强，适合焊接钢，铝等材料。
刘丕亮[5]2009年在《MIG自动焊接控制系统的设计》文中指出针对包铝集团铝导杆手工焊和半自动焊的现状,本课题进行了铝导杆自动焊接系统的研究工作,课题具有很好的工程应用价值。根据铝导杆焊接的工艺要求和被焊母材的特性,焊接系统采用了IGBT逆变技术的脉冲MIG焊,设计了单片机(MCU)+数字信号处理器(DSP)的双机控制系统。其中DSP为控制系统的核心,主要完成焊接参数的实时采集、模糊控制运算、PI运算和PWM波形的产生;单片机对整个控制系统进行管理,可以实现人机交互系统(包括键盘和显示)。此外,单片机与DSP之间采用串行通信方式进行信息交换。建立了弧焊逆变电源的MATLAB模型,采用仿真的方法研究了逆变器的工作过程,对数字控制的控制精度和控制效果进行了分析与预测。本文还结合弧焊逆变电源的负载突变和电流给定突变时的过渡过程进行了仿真研究。鉴于焊接弧长控制系统通常为复杂的非线性系统,本文将模糊控制理论引入弧长控制过程中。以电弧电压为控制量,送丝速度为被控制量,采用MATLAB软件完成弧长模糊控制器的设计,完成了数字化脉冲MIG焊弧长模糊控制系统的硬件电路和软件的设计,验证的控制效果良好。通过模拟仿真实验,检验了脉冲MIG焊接控制系统的硬件、软件和控制策略。实验表明,整个系统的快速性、准确性良好,能够满足控制要求和焊接工艺的需要,保证弧长和焊接过程的稳定。最后,在对本文做简要总结的基础上,对于该焊接系统的进一步完善提出了建议,为数字化焊机控制系统今后更加深入的研究奠定了良好的基础。
陈晓东[6]2011年在《基于DSP的一体化双丝脉冲MIG弧焊逆变电源的研制》文中认为双丝焊具有单丝焊无法比拟的优势,焊接效率高,热输入小,能够满足大电流焊接的需要,因其技术复杂,在国内的研究才刚起步。所以本课题提出进行数字化厚板双丝高速焊机的研究。本课题在国家自然科学基金(50875088)、广东省科技攻关项目(2010B010700001)及黄埔区科技计划项目(1021)的支持下,开发了基于DSP的一体化双丝脉冲MIG弧焊逆变电源,搭建了其试验平台,并进行了部分双丝弧焊工艺试验。论文首先创造性的提出了以TMS320F2808DSP为控制核心,同时控制两路驱动及主电路,利用控制软件实现两路波形的协同工作的设计方案,掘弃了以往两台独立电源利用CAN总线通信的协同工作方式。按照该方案完成了硬件电路的设计,并开发了相应的控制系统,采用增量式数字PI算法实现焊接过程电流的控制。其次,为了验证电源性能,在自行搭建的试验平台上,对一体化双丝电源进行了硬件调试、软件调试及整机联调,调试结果表明电源的静态特性与动态特性良好,满足双丝系统要求。最后,针对8mm厚的45号钢进行了双丝脉冲MIG焊的一系列对比工艺试验,主要包括双丝脉冲不同相位,反相脉冲在不同电流段及双丝不同焊接电流叁个方面。在两路脉冲试验参数匹配合适的情况下,进行了若干组试验,焊接效果良好。综上所述,本课题的数字化双丝弧焊逆变电源的研究取得了较大的进展,在波形控制和参数配合上均具有良好性能,课题的一体化双丝协同思想对双丝机的研究有重要参考价值。
王雪莲[7]2008年在《基于DSP数字化MMA/TIG两用逆变弧焊电源研究》文中研究指明数字化技术有着无比的优越性,它超越模拟技术的弊端大大推动了焊接电源的精确控制和柔性化的发展。数字化是焊接电源发展的必然趋势。本文首先介绍了“数字化”的概念,分析了数字化逆变弧焊电源的特征。结合当前数字化逆变弧焊电源在国内外的发展趋势,阐明了进行本课题研究的必要性。论文简要介绍了数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)的产生、应用领域及发展趋势等,接着详细阐述了其工作原理、结构特征及芯片的选型。重点介绍了所研制的基于DSP数字化IGBT逆变MMA/TIG焊接电源系统的组成部分和控制原理。分别就逆变电源的主电路、控制电路、保护电路、驱动电路和高频引弧装置做了详细分析,并从软硬件两方面进行了系统的阐述。电源主电路采用输出功率较大的IGBT全桥式逆变结构,由输入整流滤波电路、逆变电路、中频变压器、输出整流电路组成。文中详细介绍了主电路的设计要点及元器件的选型和参数计算。控制系统以16位数字信号处理器TMS320LF2407A为核心,采用了目前比较常用的脉宽调制方式PWM(Pulse Width Modulation)即控制IGBT的导通时间来实现焊机输出功率与输出特性的控制。由于TMS320LF2407A可以直接产生带死区的脉冲波形。驱动脉冲是利用TMS320LF2407A的比较单元输出一对带死区的PWM脉冲,经IGBT专用驱动模块M57959L进行功率放大后,触发IGBT。系统实时对输出电流进行采样,将采样结果送入到DSP进行A/D转换。论文还详细阐述了DSP片内的资源分配和外围电路的功能等。并针对焊接过程中可能出现的典型故障:过/欠压、过流、过热等,设计了相应的保护电路。针对非接触式高频引弧的高频干扰使DSP控制系统不能正常工作的问题,专门设计了相应的引弧控制电路来消除高频电磁波对DSP的干扰,提高了焊机的稳定性。文中详细介绍了DSP开发环境CCS2000的安装和设置以及开发工具5100USB的使用,并在此开发环境下采用汇编语言,以模块化方法设计了系统软件。文中还详细介绍了主程序、中断服务程序以及各种功能子程序的功能和结构。通过试验,对该电源的实现方案、组成部分进行了分析,得到了初步的试验结果,给出了在试验过程中记录的相关数据与波形;对试验过程中出现的问题进行研究分析,提出了解决方法。试验结果表明:该焊机主电路响应速度快,硬件电路简单可靠,系统软件高效、移植性好,抗干扰能力强,基本达到了最初设计的构想和要求。最后,针对本焊机的后续研究工作提出了进一步完善的建议,为数字化焊机今后的深入研究奠定了良好的基础。
常朝晖[8]2013年在《逆变式熔化极氩弧焊机及其控制系统研究》文中认为脉冲MIG焊是一种发展迅速且应用极为广泛的焊接技术。其主要特点是焊缝美观、飞溅小、有较宽的电流调节范围、接头性能良好、实现全位置焊接。在工艺方面采用一脉一滴的熔滴过渡方式，焊接质量高，熔滴过渡十分稳定。脉冲MIG焊的设备发展也十分迅速，从模拟弧焊逆变电源逐渐发展到微机控制的弧焊电源，甚至是数字化弧焊逆变电源。本文设计的脉冲MIG焊机控制系统主要包括：弧焊电源电力变流系统、控制系统、送丝驱动系统。弧焊电源逆变电路有两次AC—DC整流和一次DC—AC逆变环节，逆变环节采用全桥IGBT逆变电路。在控制系统中，有单片机控制系统、IGBT驱动电路、保护电路以及PWM脉宽调制电路。IGBT驱动电路由EXB841构成，PWM脉宽调制电路由SG3525芯片构成，同时还设计了电流电压转换电路，焊接参数条件设定及显示电路等。送丝驱动控制系统采用MOS管控制电路及速度半闭环控制，具有快速制动功能。单片机控制系统主要作用是焊接参数及焊接程序的控制。为了优化系统设计并验证系统设计的正确性，用MATLAB软件对焊机控制系统进行建模及系统仿真。根据弧焊电源构成，分析了构成环节的传递函数，建立了控制系统的结构图。电流环采用比例—积分控制，仿真分析表明，系统具有良好的适应参数变化的性能，电流环具有较高的动态响应性能，其输入输出响应性能满足脉冲焊控制脉冲电流的要求。电压环采用比例—积分控制，仿真分析表明，电压环阶跃响应性能好，能满足焊接过程控制的要求。在焊接试验方面，进行铝合金焊接。通过对焊缝观察以及高速摄像表明，一脉一滴的熔滴过渡过程稳定，焊接过程稳定，焊接质量高。直流脉冲MIG焊启弧、焊接、收弧等过程可靠。
蔡新波[9]2007年在《基于DSC与FPGA的MIG焊接电源控制器的仿真与实现》文中研究表明弧焊逆变电源自八十年代问世以来，经过了二十多年的逐步发展完善，目前逆变式弧焊电源已经成为焊接电源的主流产品。弧焊逆变电源的逆变频率一般在20KHZ-100KHZ，但由于目前的逆变电源普遍采用模拟电路进行控制，限制了逆变电源输出的精度和电源的多功能化。随着计算机技术的飞速发展，EDA技术和数字信号处理技术应运而生，这使得数字控制应用于弧焊逆变电源中成为了可能。同时，若将智能控制等先进控制策略引入到弧焊逆变电源的控制中来，必将使控制效果更加精确、电源产品更加柔性化。因此本文采用了两种数字控制算法，即变参数PI算法和模糊控制算法。为了确定系统的控制算法以及指导软件的编写，本文利用Matlab中的Simulink搭建了控制系统的仿真模型，并进行了仿真。然而，仿真试验说明了单纯的PI算法难以应对弧焊逆变电源中存在的参数的不确定性，因此我们采用将模糊控制与PID控制技术相结合，设计了双闭环控制系统。同时使用Simulink建立了控制系统的仿真模型，进行了仿真试验，试验结果验证了双闭环控制器能通过自综合特性保证控制系统运行的鲁棒性，能够在一定程度上应对电源模型参数的不确定性。在控制算法的实现上，由于焊机控制系统指标要求苛刻，传统的控制器由于速度慢，开发周期长等弱点已经远远不能满足高性能系统的要求和时代的发展。提高实时性和可靠性成为改进控制器的关键。为此，本文将EDA技术与传统的控制理论相结合，研制了一种全新的基于FPGA技术的PID控制器和基于DSC的模糊控制器。其中，基于FPGA的电流内环控制系统，其控制周期达到了8us，大大提高了控制的实时性，而且很自然地避开CPU的程序跑飞、死循环、复位不可靠等缺点，最大程度的提高设计效率和系统的可靠性；同时相对于传统的硬件控制器而言，它的高集成度所需较少外围电路，降低设计成本，为控制器的实现提供了一种新方案。
参考文献：
[1]. 熔化极气体保护弧焊逆变电源控制系统的研制[D]. 郭丽萍. 重庆大学. 2003
[2]. 熔化极气体保护弧焊逆变电源的智能控制研究[D]. 龚丽. 重庆大学. 2004
[3]. 基于DSP的低能量输入GMAW焊接电源控制系统的研究[D]. 陈涛. 兰州理工大学. 2012
[4]. 单片机控制PMIG逆变焊机的研制[D]. 周志军. 北京工业大学. 2002
[5]. MIG自动焊接控制系统的设计[D]. 刘丕亮. 内蒙古科技大学. 2009
[6]. 基于DSP的一体化双丝脉冲MIG弧焊逆变电源的研制[D]. 陈晓东. 华南理工大学. 2011
[7]. 基于DSP数字化MMA/TIG两用逆变弧焊电源研究[D]. 王雪莲. 兰州理工大学. 2008
[8]. 逆变式熔化极氩弧焊机及其控制系统研究[D]. 常朝晖. 沈阳工业大学. 2013
[9]. 基于DSC与FPGA的MIG焊接电源控制器的仿真与实现[D]. 蔡新波. 山东大学. 2007
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