逆变式等离子切割电源建模及控制的研究

摘要

逆变式等离子切割电源具有切割效率高、切口光滑、切割变形小及成本适中等优点得到了快速的发展。本文主要内容是基于半桥逆变电路的空气等离子切割电源控制策略的研究。首先,针对传统PI控制存在电压超调量与响应时间矛盾导致断弧、电弧不稳定及网格切割时易断弧等问题,研究了滑模变结构控制电压环与PI控制电流环并联切换的控制策略。采用状态空间平均法对半桥型等离子切割电源进行建模,得到变换器的稳态和低频小信号等效模型,设计了电流环PI控制器;且对滑模变结构控制的电压环进行了深入研究,从理论上推导了基于平均状态空间模型半桥DC/DC变换器滑模控制。并进行了仿真验证,仿真结果表明所研究的控制策略是可行的。其次,设计了基于TMS320F2808数字控制器采用滑模变结构控制电压环与PI控制电流环并联切换控制策略的等离子切割电源控制系统。最后,在16kW逆变式等离子切割电源平台上,实现了30~100A连续可调的多模式切割功能,实验分别对电源的非高频引弧、弧转移及多模式切割过程进行控制方案验证和性能测试,对常规切割、等离子气刨及网格切割模式进行了反复的实验测试,尤其是对网状金属的加工实现了持续引弧的切割方式.实现结果表明本文研究的控制策略能够有效的解决电弧不稳定和断弧的现象。

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1绪论

1.1课题研究背景

1.2等离子切割电源发展和研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4本章小结

2等离子切割技术的研究

2.1等离子切割原理

2.2非高频引弧的逆变式等离子切割电源系统

2.3 等离子切割电源负载分析

2.4本章小结

3 逆变式等离子切割电源控制策略的研究

3.1控制策略的提出

3.2滑模变结构控制

3.3等离子切割电源滑模变结构与PI并联切换控制的研究

3.4 本章小结

4基于DSP等离子切割电源并联切换控制器设计及实验分析

4.1等离子切割电源控制系统结构设计

4.2控制器硬件电路设计

4.3控制系统软件设计

4.4硬件实验结果分析

4.5 本章小结

5 总结

致谢

参考文献