脉冲MIG焊电源快速原型系统开发平台设计

摘要

脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)在工业生产中的应用日益广泛。当前,铝合金等材料的广泛应用,由此而带来的新工艺等对焊接设备提出了更高的要求。研究和发展弧焊电源的数字化控制技术意义重大。
　　 本文利用快速控制原型技术,通过xPC Target实时目标,设计了具有响应速度快、控制器开发快速、控制方案可快速调整等优点的快速原型脉冲MIG焊电源开发平台,多信息同步采集与分析系统平台,实现了对焊接电流、电压及视频图像的同步采集,实时显示、存储功能和运动工作台等硬件设备的实时操作,利用平台软件开发系统,进行了脉冲波形产生和特殊波形设计试验,为数字化脉冲MIG焊电源系统开发平台试验奠定了基础。
　　 根据焊接电源系统的控制结构、信号传递过程及脉冲焊的控制特性,在Matlab/Simulink环境下,对快速原型脉冲MIG焊电源开发平台进行了电源-电弧系统动态仿真模型,建立了电弧长度动态仿真模型,熔化速度仿真模型,电弧负载电压仿真模型,并进行了仿真分析,实现了对脉冲MIG焊电源控制方案参数的优化设计,验证控制算法及控制策略,分析了脉冲占空比和脉冲频率对电弧稳定性的影响。通过对电源开发平台的仿真及焊接工艺实验研究表明,仿真结果与焊接实验结果具有较好的一致性;控制系统具有良好的动态性能、抗干扰性能和稳态精度。
　　 在设计的快速原型脉冲MIG焊电源开发平台基础上,进行了脉冲MIG焊过程弧长的实时控制试验。分别对低碳钢、镀锌板、不锈钢、铝合金进行了大量工艺试验,确定了脉冲焊接相关参数范围。针对铝合金脉冲MIG焊在恒规范焊接焊缝成形较差基础上,研究了以电弧电压为反馈信号,利用开发的快速原型脉冲MIG焊电源开发平台,采用调整脉冲占空比和脉冲频率两种控制方案,进行弧长控制调节试验。通过台阶试验和爬坡试验表明,选用的控制方法的调节过程快速、稳定。实现了全电流范围内对弧长及快速稳定调节和有效控制,获得了比较稳定的焊接过程,防止自动焊回烧、短路等现象的发生,得到了外观成形较好的的焊缝。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 脉冲MIG焊接技术的研究现状

1.1.1 脉冲MIG焊原理、特点、脉冲参数

1.1.2 脉冲MIG焊控制方法的现状

1.2 数字化焊机电源的国内外研究现状

1.3 本课题研究的意义

1.4 论文的主要研究内容

第2章 电源系统快速原型开发平台设计

2.1 快速原型脉冲MIG焊电源系统开发平台设计

2.1.1 快速原型控制系统实现

2.1.2 快速原型脉冲MIG焊接电源开发平台的硬件设备

2.1.3 弧长控制系统

2.2 电源信号采集与波形设计试验

2.2.1 焊接电源信号采集试验

2.2.2 特殊波形设计试验

2.3 本章小结

第3章 基于快速原型开发平台的脉冲MIG焊工艺试验

3.1 不同脉冲频率的低碳钢工艺试验

3.2 不同脉冲基值电流下的低碳钢工艺试验

3.3 不同脉冲峰值电流下的低碳钢工艺试验

3.4 不同占空比下的低碳钢工艺试验

3.5 镀锌钢板工艺试验

3.6 不锈钢脉冲MIG焊工艺试验

3.7 铝合金脉冲MIG焊工艺试验

3.8 本章小结

第4章 脉冲MIG焊建模仿真及过程控制

4.1 脉冲MIG焊电源系统建模与仿真

4.1.1 电弧长度动态仿真模型

4.1.2 熔化速度仿真模型

4.1.3 电弧负载电压仿真模型

4.1.4 脉冲占空比仿真

4.1.5 脉冲频率仿真

4.2 脉冲MIG焊弧长控制试验

4.2.1 调节脉冲占空比弧长控制试验

4.2.2 调节脉冲频率弧长控制试验

4.3 两种控制试验对比分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A:攻读学位期间所发表的学术论文目录