基于嵌入式实时操作系统UC/OS-Ⅱ的焊机控制器的研制

摘要

焊接技术在现代的工业生产中应用较为广泛。焊接过程具有不确定性、时变性和非线性的特点,传统的模拟控制很难在控制精度、速度和稳定性上满足现代焊接控制的要求。随着逆变技术、计算机技术和控制技术的发展,数字化焊机的研究研究已经成为一个热点。本文在对国内外焊接设备发展现状调研的基础上,结合浙江某焊接设备制造企业的NB500系列IGBT逆变焊机,进行数字化焊机的研究。
　　 本文在对数字化焊机进行简介后给出了数字化焊机控制系统的控制框架,设计了基于DSP TMS320LF2407A的数字化焊机控制系统。在硬件上,本文详细描述了DSP控制系统各部分硬件电路的设计,包括DSP最小系统电路、通讯电路、驱动电路、保护电路、电压电流采样调理电路以及人机交互界面的硬件设计,为弧焊的数字化控制提供了硬件平台。在硬件设计制作时充分考虑了焊机的抗干扰性能,详细分析了焊机干扰类型以及传输方式,针对不同的焊机部分设计了相应的抗干扰方式。在控制策略上,采用数字PI方法。通过对输出电流和电弧电压的实时采样,经过PI处理后,改变DSP输出的PWM信号,控制焊机的输出特性。在软件方面,针对传统焊机功能单一的缺点,在该焊机主控芯片DSP上移植了嵌入式实时操作系统UC/OS-Ⅱ,并对移植过程作了详细介绍。在该实时系统的基础上,根据对焊机的功能要求设计了系统任务,主要有:模数转换任务,焊接过程控制任务,通讯任务,按键检测任务,LCD显示任务。为了保证焊机系统任务程序的正常执行,给出了软件抗干扰措施,包括:指令冗余,软件陷阱,软件监视定时器,开关量输入输出抗干扰。
　　 本文对所设计的数字化弧焊控制系统进行软硬件调试,通过实验方法验证了控制系统对焊机的数字化控制,并利用MATLAB仿真软件并且建立了电压数字PI控制模型和电流数字PI控制模型,取得较好的控制效果。通过现场试焊对比证明应用数字化焊机控制系统能明显改善焊接效果。最后,作了电源外特性测试,并作出了外特性曲线。
　　 最后,在对本文做简要总结的基础上,对于本逆变焊机控制系统的进一步完善工作提出了建议,为数字化焊机控制系统今后更加深入的研究奠定了良好的基础。