基于DSP的电阻点焊电源控制系统的研究

摘要

随着嵌入式技术及DSP在焊接领域的应用不断深入，使得点焊焊机的数字化进程大大加快。IGBT式全桥逆变主电路技术已经基本成型，作为数字化技术领跑者的DSP(数字信号处理器)无可争议地取代了SCM(单片机)在焊接控制系统中的主导地位。基于这一背景，本课题提出并完成了基于DSP的智能化IGBT(绝缘栅极型功率管)逆变点焊电源控制系统的研究。
　　 本文在深入分析电阻点焊电源主电路拓扑结构的基础上，详尽地论述了全桥式零电压软开关实现的电气原理，强调了系统输出控制对PWM(脉冲调宽)脉冲的时序要求，并对PWM时序的实现方法-恒频移相控制策略做了简要地阐述。
　　 根据设计要求，论文确定了IGBT式全桥逆变电阻点焊电源控制系统的全套硬软件方案，实现了焊接流程地精确控制，提供了多种可选焊接参数满足焊接现场的多种工艺要求，采用了以恒流控制为主备用恒压、恒功率控制的质量监控技术，并将模糊控制方法应用于恒流控制中，提升了系统的智能化程度，整套方案实现了先进技术与成熟原理的优势互补。构建了基于DSP的控制系统，为流程控制及质量监控搭建了良好的硬件平台。设计并搭建焊接参数实时采集电路，实现了质量信息的高精度获取。所有外部IO均由CPLD统一管理，方便系统扩展与完善。软件设计中采用了模块化设计方法，各个焊接子流程分开，可灵活满足焊接现场对焊接流程地控制要求，且便于软件的更新升级。
　　 本文采用计算机仿真技术辅助系统设计，充分利用了Matlab中的Simulink工具箱的已有模块，并建立了点焊过程中动态电阻的非线性电阻模型及PWM发生模块。在此基础上建立IGBT点焊逆变电源系统的仿真模型，成功实现了软开关逆变点焊电源的仿真，并对控制系统中的模糊控制器进行了整定及效果验证。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 电阻点焊技术背景

1.2 国内外点焊设备发展状况

1.3 电阻点焊逆变电源的关键技术发展状况

1.3.1 逆变电路拓扑结构及软开关技术

1.3.2 质量监控技术

1.4 本课题的研究内容

第二章 全桥逆变拓扑结构及软开关技术原理

2.1 IGBT式全桥逆变结构

2.1.1 全桥逆变结构原理

2.1.2 普通全桥逆变电路的直通问题

2.2 全桥移相式软开关技术

第三章 系统总体设计方案

3.1 系统硬件设计方案

3.2 系统软件设计方案

第四章 控制系统硬件电路设计

4.1 DSP控制系统硬件电路

4.1.1 DSP基本系统电路

4.1.2 CPLD电路设计

4.2 点焊电参数检测及信号处理电路

4.2.3 焊接电流检测及信号处理电路

4.2.4 电极电压检测及信号处理电路

4.2.5 初级电流检测及信号处理电路

4.3 外部接口电路

4.3.1 光耦隔离电路

4.3.2 继电器隔离

4.4 硬件抗干扰设计

4.4.3 原理图级抗干扰设计

4.4.4 PCB板级抗干扰设计

第五章 控制系统软件设计

5.1 主程序

5.1.1 主程序流程

5.1.2 DSP及外设初始化

5.2 时间间隔子程序

5.3 焊接子程序

5.3.3 PWM信号输出子程序

5.3.4 AD采集子程序

5.3.5 模糊控制子程序

第六章 实验及仿真

6.1 焊接参数信号处理电路实验

6.1.1 焊接电流信号处理电路实验

6.1.2 初级电流信号处理电路实验

6.2 PWM信号输出测试

6.2.3 死区时间测量

6.2.4 逆变占空比精度测量

6.3 焊接系统及模糊控制器Simulink仿真

6.3.1 焊接系统仿真模型建立及开环仿真

6.3.2 模糊控制器仿真

第七章 总结与展望

7.1 主要工作总结

7.2 技术展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢