熔化极气体保护焊引弧过程的智能控制

摘要

CO2焊因其具有高效节能、成本低和易于实现自动化等优点，已广泛应用于低合金钢、低碳钢的结构焊接。随着焊接自动化与智能化的发展，对 CO2焊的引弧成功率的要求越来越高。为提高 CO2焊的引弧成功率，减小焊接飞溅，本文提出了在引弧阶段采用大功率引弧，小功率维弧，慢送丝的控制方案。
　　焊接逆变电源采用dsPIC30F6010芯片为控制核心，可输出六路PWM波形，其中四路用于驱动IGBT逆变器，另一路用于控制送丝速度。所设计的控制系统采用神经元PID控制器进行闭环控制，在引弧阶段采用恒功率控制，在短路阶段采用恒流控制，在燃弧阶段采用恒压控制；通过MATLAB软件对控制器进行仿真，将神经元PID控制器与传统PID控制器进行比较，仿真结果表明神经元PID控制器控制效果更好。文中详细介绍了系统的相关硬件，包括送丝控制电路、IGBT驱动电路及其保护电路；设计了引弧控制程序、短路控制程序、燃弧控制程序和中断程序等。
　　借助于汉诺威焊接质量分析仪和高速摄影仪，分析焊接电信号和焊接动态过程，研究了送丝速度对引弧成功率的影响；对比分析了在引弧阶段分别采用恒功率控制和恒流控制对引弧性能的影响，并与国产焊机进行比较。试验结果表明：采用慢送丝与恒功率相结合的控制方法，具有良好的引弧性能。

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第1章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 神经网络控制技术在焊接中的应用

1.4 本课题的主要任务

1.5 本章小结

第2章 逆变电源硬件设计

2.1 逆变电源的组成

2.2 控制芯片dsPIC30F6010介绍

2.3 主电路介绍

2.4 控制系统外围电路设计

2.5 IGBT驱动电路的设计

2.6 PWM控制的送丝系统硬件设计

2.7 输出整流电路设计

2.8 本章小结

第3章 神经网络控制器的设计

3.1 神经网络的基本原理

3.2 神经元PID原理及其算法

3.3 神经元PID控制仿真与分析

3.4 本章小结

第4章 电源控制软件的设计

4.1 开发软件简介

4.2 CO2焊焊接过程分析及控制波形的确定

4.3 CO2焊短路过渡主程序

4.4 引弧控制程序的设计

4.5 小功率维弧时间的给定程序设计

4.6 神经元PID引弧控制的DSP实现

4.7 短路/燃弧标志程序的设计

4.8 短路/燃弧控制程序设计

4.9 本章总结

第5章 焊机调试与试验分析

5.1 焊机调试

5.2 试验分析

5.3 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致 谢

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