波形控制的CO弧焊电源微机控制系统的研究

摘要

CO<,2>气体保护焊是一种高效、优质的焊接工艺方法,但是其在焊接过程中存在的大量飞溅和焊缝成型差这两个问题制约着CO<,2>焊的推广.如何实现少飞溅甚至无飞溅是人们致力要解决的.随着微机技术在焊接领域的应用不断深入,把波控技术应用于CO<,2>焊接电源中是当今解决CO<,2>焊飞溅问题的一大方向.该课题以波控技术为基本指导思想,应用微机技术,对CO<,2>弧焊电源控制系统加以研究.根据CO<,2>焊短路过渡过程的特点把短路过程细分为七个阶段.在熔滴形成过程中,提高电流上升速度,促进颈缩形成;在短路过渡后期降低电流,使液桥在低能量下爆断,依靠表面张力完成熔滴过渡,实现小飞溅甚至无飞溅的短路过渡.同时,通过实时采样,准确判断焊接所处状态,把状态信号输送到微机,控制输出符合短路过渡特点的电流电压波形.该文精确分析CO<,2>焊飞溅产生的机理,在此基础上探讨了短路过渡过程的控制策略.针对一般表面张力过渡控制中,在短路中期对焊接电流峰值的控制效果不理想的弱点,提出在短路中期利用电流反馈原理,以电流峰值It为目标量,采用PI(比例积分)控制调节电流.该电源控制系统采用抗不平衡能力强的半桥逆变形式主回路,通过精心设计的硬件电路实时、准确地检测CO<,2>短路始末状态、液桥颈缩爆断时刻以及各细分阶段的电弧参数值,并利用单片微机控制的快速性和准确性的特点,根据PWM原理输出不同占空比的信号来驱动主回路中的两个大功率开关器件(IGBT)处于交替开关状态,得到符合CO<,2>焊短路过渡细分各阶段的电源外特性.单片机控制系统采用80C196KC,充分利用它的特有资源,如富有特色的HSI.1、HSI.2高速入口,A/D转换接口等.该系统还设有键盘/显示和指示、报警电路,用于指示过程所处状态和系统故障报警.软件设计中,采用了中断服务技术和子程序编制程序结构的思想.此外,系统在软硬件方面都采用了抗干扰措施,有力地保证了系统稳定.经研究证明,该系统是可行的,尤其在检测短路状态信息方面的措施使得整个控制系统更加快速准确.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1波控CO2焊机及其发展现状

1.1.1波控法及其原理

1.1.2波控法发展现状

1.2逆变技术及其在波形控制中的应用

1.2.1逆变技术的基本原理

1.2.2逆变技术的发展

1.2.3逆变技术在波形控制中的应用

1.3波控法的发展趋势与难点

1.3.1波控法发展趋势

1.3.2波形控制的难点

1.4本课题目的及任务

1.4.1课题背景

1.4.2课题研究的目的和意义

1.4.3本课题研究内容

第2章控制系统总体设计方案

2.1 CO2焊短路过渡控制思想及策略

2.1.1 CO2短路过渡波控模型及控制思想

2.1.2系统控制策略

2.2系统硬件总体设计方案

2.2.1主回路

2.2.2控制系统回路

2.2.3辅助电路方案

2.3系统软件总体设计方案

第3章控制系统软硬件设计

3.1系统硬件设计

3.1.1电源主回路

3.1.2控制系统的设计

3.1.3采样电路及检测系统的设计

3.1.4 IGBT驱动电路的设计

3.1.5辅助电路的设计

3.2系统软件设计

3.2.1系统软件简介

3.2.2主程序设计

3.2.3中断服务程序

3.2.4子程序设计

3.2.5控制程序有关计算

第4章系统抗干扰措施

4.1硬件抗干扰措施

4.1.1交流噪声滤波器

4.1.2单片机系统单独供电

4.1.3地线的分布及接地

4.2软件抗干扰措施

4.2.1采样数据的滤波处理

4.2.2程序跑飞问题的解决

第5章系统检测与调试

5.1检测实验方法

5.1.1实验设备简介

5.1.2实验方法概述

5.2系统调试实验

5.2.1 IGBT驱动模块调试实验

5.2.2单片机系统调试

5.3系统整机施焊试验

第6章结论与展望

6.1结论

6.2工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文