基于DSP的CO2焊接电源智能控制系统研究

摘要

CO2气体保护焊是利用CO2作为保护气体的熔化极电弧焊方法，与其它电弧焊相比，具有高效率，低成本和抗锈低氢等特点，是我国重点推广的气体保护焊接工艺。CO2焊受到焊接电源和控制技术等因素的局限，一直存在金属飞溅大，焊缝成形差和参数调节困难等问题。解决这一问题的关键在于对弧焊逆变电源的控制，而弧焊逆变电源又是一个非线性、时变的系统，很难建立精确的数学模型。因此，把智能控制技术应用到 CO2焊接逆变电源的控制系统中，以期得到较好的弧焊逆变电源动特性，有效地抑制飞溅和改善焊缝成型是焊接逆变电源控制发展的一个方向。
　　本课题以DSP为控制系统硬件电路的核心，根据短路过渡过程的特点，对CO2焊接逆变电源进行了硬件和软件设计，主要研究内容有：
　　1.在深入了解弧焊逆变电源工作原理的基础上，以 DSP为控制系统的核心，CO2焊接逆变电源主电路采用全桥逆变电路，进行了弧焊逆变电源控制系统硬件电路的设计。
　　2.根据对 CO2焊接短路过渡过程存在问题的分析，提出短路阶段采用电流波形控制，燃弧阶段使用模糊神经网络控制器进行控制。
　　3.利用神经网络记忆模糊规则，网络采用学习率可变的 BP算法对权值和阈值进行调整，设计了相应的模糊神经网络控制器。在 MATLAB中对该控制器进行了仿真研究，结果表明效果良好。
　　4.CO2焊接逆变电源控制系统软件的模块化设计。主要包括主程序模块、A/D转换子程序模块、短路控制子程序模块，燃弧控制子程序模块、模糊神经网络子程序模块以及引弧和收弧子程序模块。
　　5.建立了 CO2焊接逆变电源仿真模型，并对模糊控制器和模糊神经网络控制器的控制效果进行了仿真对比，结果表明模糊神经网络控制器具有更好的动态性能，满足 CO2焊接逆变电源对动特性的要求，能够达到控制电弧电压稳定的目的。
　　6.进行系统整体仿真研究，讨论了输出滤波电感对系统的影响，结果表明本文所设计的系统是合理的，符合CO2焊接逆变电源控制的需要。
　　本课题基于 DSP对 CO2焊接逆变电源的控制系统进行了研究，采用短路阶段用电流波形控制，燃弧阶段用模糊神经网络控制的控制策略，并设计了模糊神经网络控制器，仿真研究表明该系统控制效果良好，有继续研究的价值。

目录

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2 CO2焊接电源的发展

1.3弧焊逆变电源控制方法的研究现状

1.4总体控制方案

1.5本课题的研究内容

第2章 CO2焊接逆变电源硬件设计

2.1 CO2焊接逆变电源结构及工作原理

2.2主电路设计

2.3控制系统硬件设计

2.4本章小结

第3章 模糊神经网络控制器的设计

3.1模糊控制原理

3.2神经网络原理

3.3模糊神经网络控制器设计

3.4本章小结

第4章 CO2焊接逆变电源控制系统软件设计

4.1主程序设计

4.2模糊神经网络控制子程序

4.3短路控制子程序

4.4燃弧控制子程序

4.5 PWM波形生成模块

4.6 A/D转换子程序

4.7引弧、收弧控制子程序

4.8本章小结

第5章 CO2焊接逆变电源系统建模

5.1主电路建模

5.2负载模型

5.3控制系统建模

5.4本章小结

第6章 CO2焊接逆变电源控制系统仿真分析

6.1主电路仿真分析

6.2 PWM脉冲产生模块仿真分析

6.3系统整体仿真分析

6.4输出滤波电感对系统的影响

6.5本章小结

第7章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果