基于双处理器的脉冲MIG焊电源数字化控制系统的研究

摘要

与直流熔化极氩弧焊相比，脉冲熔化极氩弧焊具有电流调节范围广、热输入量可控性好以及有利于实现全位置焊接等一系列优点，因此被广泛应用。数字化控制具稳定性好和控制精度高以及控制灵活、易于实现柔性化控制等优点。将数字化技术用于控制脉冲熔化极氩弧焊，近年来得到了学术界的高度关注。为此，本文以单片机(MCU)和数字信号处理器(DSP)为控制核心，在理论分析的基础上进行了脉冲MIG焊的电源数字控制系统的研究。 本课题首先分析了脉冲MIG焊的熔滴过渡行为，提出了相应的控制方案，采用了双阶梯型电源外特性。以MCU+DSP为核心，构建了脉冲MIG焊电源数字控制系统的模型，并进行了数字化逆变焊接电源的控制系统的硬件设计，包括电流、电压采样电路设计及双路PWM输出隔离电路设计等；建立了弧焊电源及其控制系统的数学模型以及仿真模型，借助MATLAB对控制系统进行仿真研究，得到了数字控制器的最佳参数范围；采用CCS编程环境，编写了脉冲MlG焊主程序、引弧子程序、收弧子程序、正常焊接子程序、PI控制子程序等。 在单脉冲MIG焊基础上，本课题分析了双脉冲波形特点，并进行了双脉冲MIG焊程序设计。 实验表明，本文设计的数字控制系统具有很好的实用性，其输出的PWM控制信号能够实现脉冲MIG焊双阶梯形外特性和对脉冲波形的控制。

目录

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第一章绪论

1.1 数字化焊接电源系统简介

1.1.1 数字化焊接电源的定义与特点

1.1.2数字化焊接电源的优点

1.2熔化极脉冲氩弧焊概述

1.2.1熔化极脉冲氩弧焊的脉冲参数

1.2.2熔化极脉冲氩弧焊的研究现状及存在问题

1.3本课题的研究目的及主要研究内容

第二章脉冲MIG焊的熔滴过渡行为及电源外特性的控制策略

2.1 脉冲MIG焊熔滴过渡行为

2.1.1熔滴过渡的机理

2.1.2脉冲MIG焊熔滴过渡形式

2.2脉冲MIG焊熔滴过渡的影响因素

2.3焊接电源外特性设计方案

2.4本章小结

第三章双处理器数字化焊接电源硬件设计

3.1 数字化焊机系统总体设计

3.2单片机控制系统设计

3.3 DSP控制系统设计

3.3.1 TMS320LF2407A简介

3.3.2 DSP系统接口设计

3.4.控制电路硬件设计及调试

3.4.1电压采样电路

3.4.2 电流采样电路设计

3.4.3双路PWM输出隔离电路

3.5本章小结

第四章控制策略与PI控制参数的确定

4.1 PID控制系统理论

4.2控制系统数学模型的建立

4.2.1控制对象传递函数的确定

4.2.2 电压反馈通道传递函数的确定

4.2.3 电流反馈通道传递函数的确定

4.3控制参数的确定

4.3.1 电压数字PI控制器参数的确定

4.3.2 电流数字Pl控制器参数的确定

4.4本章小结

第五章脉冲MIG焊数字控制系统软件设计

5.1单片机系统人机对话界面设计

5.2 DSP系统控制总体程序的设计

5.3中断服务子程序设计

5.4引弧子程序设计

5.5收弧子程序设计

5.6正常焊接子程序设计

5.6.1 双路PWM信号产生子程序设计

5.6.2 A/D采样及转换子程序设计

5.6.3 PI控制子程序设计

5.7双脉冲MIG焊控制系统设计

5.8本章小结

第六章实验验证

6.1 单脉冲焊的双路相差180'相位PWM控制信号

6.2双脉冲焊的双路相差180'相位PWM控制信号

6.3双路相差180'相位收弧PWM控制信号

6.4双处理器数字化电源的双阶梯型外特性验证

6.4.1 电压负反馈控制

6.4.2电流恒流控制

6.5本章小结

第七章结论

参考文献

致谢