新型软开关弧焊逆变电源的研究

摘要

弧焊逆变电源是强电和弱电相结合的一种复杂的电力电子装置，是电子焊接领域研究的主要方向之一。本文依托TMS320LF2407 DSP芯片开发板的硬件平台，结合软开关技术和模糊神经网络控制技术，设计了一种新型的智能化控制的大功率(6KVA)软开关弧焊电源。 本文首先在对软开关逆变电路进行理论分析和研究的基础上，建立了移相控制的ZVZCS全桥软开关(PS-FB-ZVZCS PWM)逆变电路的仿真模型，并通过Orcad Pspice对其进行了计算机仿真，得到了开关在零电压和零电流的动态波形，验证了理论的合理性。 焊接工艺是一个多输入、多输出、非线性的系统，焊接过程参数之间存在着不确定件，难以建立精确的数学模型，因此本文提出了将模糊神经网络控制(FNNC)技术应用到弧焊电源控制系统中，分析并推导了弧焊过程控制模型，构建了逆变弧焊电源的模糊神经网络恒流控制系统结构，同时根据该模型采用BP算法对FNN进行分段离线学习，在线控制时对训练后的网络仅做正向模糊计算，输出了逆变桥开关管的占空比的改变方法，保证了逆变器的恒流输出，从而有效地解决了常规PID算法对非线性系统调节性能不好的问题，提高了网络控制的泛化能力、自适应能力和实时性，并利用MATLAB语言编程完成了系统智能控制算法的仿真试验。 DSP(数字信号处理器)为智能控制算法在数字化控制中的应用提供了一个良好的研究平台，本文最后设计了以TMS320LF2407A为控制核心的弧焊逆变电源的硬件和软件系统。其硬件系统完成了功率变换，焊接电流、电压的采样、主功率器件IGBT的PWM驱动放大以及人机交互等。此外，采用TMS320LF2407A Demo板为PS-FB-ZVZCS电路提供PWM驱动脉冲，并建立了输出电流变化值与占空比之间的计算公式，利用软件编程对PWM驱动脉冲的输出频率、移相角和死区时间进行灵活的设定和修改。最后，在对本文做简要总结的基础上，对于本焊机的进一步完善工作提出了建议，为全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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景和意义

1.2电弧焊逆变电源的研究和发展现状

1.3计算机仿真软件在电源设计中的应用

1.4智能化控制技术及DSP技术在弧焊电源中的应用

1.5主要研究内容

第2章软开关逆变电路及工作原理

2.1软开关型逆变主电路拓扑及工作原理

2.2移相控制ZVZCS PWM全桥逆变器工作原理

2.3本章小结

第3章弧焊逆变电源模糊神经网络智能控制算法

3.1软开关弧焊电源的模糊神经网络控制技术

3.2基于模糊神经网络的弧焊逆变电源恒流控制系统

3.3基于BP算法的弧焊逆变电源模糊神经网络优化控制

3.4本章小结

第4章软开关弧焊逆变电源的硬件设计

4.1软开关弧焊逆变电源的总体结构及工作原理

4.2弧焊逆变电源主电路硬件设计

4.3软开关弧焊逆变电源控制系统的硬件设计

4.4本章小结

第5章软开关弧焊电源的软件实现

5.1模糊神经网络控制算法的软件设计

5.2 DSP产生移相PWM方波的软件设计

5.3数字控制系统的软件流程

6.4人机交互软件设计

5.5本章小结

第6章软开关弧焊逆变电源的计算机仿真

6.1 PS-FB-ZVZCS-PWM变换器的计算机仿真与分析

6.2智能算法仿真分析

6.3本章小结

结论与展望

附录

参考文献

在读研期间的科研成果

致谢