氩弧焊机控制器恒流控制的研究

摘要

近年来随着科学技术的发展,焊接技术在现代工业生产中的应用越来越广泛。其中,逆变式的焊接电源以其体积小、重量轻、效率高、电气性能好、易于实现智能化控制等诸多优点,已经成为焊接电源的主要发展方向。
　　本课题研究的是氩弧焊机控制器的恒流控制系统,但当前氩弧焊机控制器中的逆变电源多采用硬开关的电路结构模式,这样功率器件在导通和关断过程中会产生很大的功率损耗,并且随着逆变频率的升高,系统电路的功率损耗会更加的严重。为了解决硬开关的功率损耗问题,软开关技术便应运而生了。本文便采用了软开关的氩弧焊逆变电源技术,并经过对系统主电路的多种拓扑结构的对比分析,最终选用了移相控制全桥零电压零电流的脉宽调制(PS-FB-ZVZCS-PWM)的新型软开关电路拓扑结构。同时,为了避免传统的PID调节的弊端,本文采用了粒子群神经网络算法对PID算法进行优化,形成了粒子群神经网络PID的智能算法,并在MATLAB2010a/Simulink中对氩弧焊机控制器恒流控制系统进行了建模仿真。通过粒子群神经网络PID的智能算法对系统反复运行控制及修正,使得系统输出量更加逼近期望值,最终实现了氩弧焊机控制器的恒电流输出控制。仿真结果表明,粒子群神经网络PID算法对氩弧焊机控制器的恒电流控制具有一定的研究意义和价值。
　　本文在仿真研究的基础上,又完成了氩弧焊机控制器的恒流控制系统的软、硬件设计,并制作了氩弧焊机的控制器系统。其中,硬件部分包括以数字信号处理器(DSP)芯片TMS320F2810为核心的主电路,以及采样电路、IGBT逆变电路、键盘显示电路等。软件部分是基于CCS3.3平台的C语言程序,主要包括主程序和中断服务子程序。最终,本文在制作的氩弧焊机控制器中完成了对系统的恒流控制,结果表明,本文所设计的硬件和软件的控制方案能够满足氩弧焊机恒电流控制系统的要求。

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第1章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2国内外氩弧焊机控制器的发展现状及趋势

1.3 本课题的研究内容

第2章 氩弧焊机控制器恒流控制的总体方案选择

2.1氩弧焊机控制器恒流控制的系统结构

2.2 氩弧焊机控制器恒流控制的主电路结构选择

2.3 主电路的主控芯片选择

2.4 氩弧焊机控制器主电路的工作状态分析

2.5本章小结

第3章 氩弧焊机控制器的智能控制算法及建模仿真

3.1 粒子群神经网络PID控制理论

3.2 粒子群神经网络PID的结构及算法

3.3 氩弧焊机控制器的主电路的模型建立

3.4 氩弧焊机控制器中元器件参数的计算和选择

3.5 氩弧焊机控制器的主电路仿真结果及分析

3.6 本章小结

第4章 氩弧焊机控制器的硬件控制系统的设计

4.1氩弧焊机控制器的恒电流控制原理

4.2 控制电路的系统设计

4.3 本章小结

第5章 氩弧焊机控制器的软件控制系统的设计

5.1引言

5.2 软件系统的总体设计

5.3 本章小结

第6章 氩弧焊机控制器的硬件实验结果及分析

6.1 硬件平台和实验结果及分析

6.2 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢