全数字控制CO气保焊短路过渡行为的数学建模与仿真

摘要

CO2气保焊因高效率低成本的特性而成为诸多应用领域中的焊接技术的首选，但存在着飞溅大和焊缝成形差的不足。采用智能焊接电源控制的新型波控方法，尤其是STT波控法很大程度上解决了所存在的问题。为研究采用STT波控法的智能焊接电源，改进STT波控方法，需深入研究CO2气保焊熔滴短路过渡的整个过程及其变化规律。采用计算机仿真技术辅助研究可解决实际试验花费高、时间长，且有些参量不易直接观测的问题。 本文对CO2气保焊系统的结构和STT波控法的原理及实现方法进行研究和分析，明确了仿真的方案，对各组成部分建立相应的数学模型；采用高级程序语言(MATLAB)编程实现了系统的简化仿真，以研究建模方案的可行性，并对系统参数进行分析调试；利用simulink通用仿真环境建立STT波控法的熔滴短路过渡行为的系统仿真平台。利用该仿真系统平台进行了一些仿真试验，对该仿真系统的稳定性和适应性进行了试验，并对STT波控法的规律做了些研究和探讨。 本文在受力分析基础上对非线性负载提出了改进的数学建模方法，与之前的研究方法有所不同，具有一定的理论研究意义。并创新性的在通用仿真环境simulink上建立的基于STT波形法的仿真系统，可对不同实验条件进行仿真，一定程度上能代替实际实验来辅助智能焊机设计和工艺方法的改进研究，具有实际应用价值。

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致谢

第一章 绪论

1.1 CO2气保焊的发展状况

1.2逆变弧焊电源的发展与智能控制

1.3建模仿真的意义与现有方法

1.4系统计算机仿真方法

1.4.1仿真与相似性原理

1.4.2仿真软件与仿真实现过程

1.4.3系统仿真的整体实现方案

1.5研究的问题和文章结构

第二章 气保焊系统结构与STT波控原理

2.1模型整体结构

2.2 STT波形控制法

2.2.1电爆炸理论与飞溅量控制

2.2.2 STT波形控制原理

2.2.3 STT波控的电源外特性

2.2.4 STT工艺参数对焊缝成形的影响

2.3 PID控制的STT波形设定方法

2.4小节

第三章 气保焊系统的数学建模

3.1系统与数学模型

3.2弧焊电源数学建模

3.3对非线性负载准确建模的重要意义

3.4熔滴受力分析与熔滴形状建模

3.4.1重力的分析

3.4.2表面张力的分析

3.4.3电磁作用力的分析

3.4.4熔滴形状建模

3.4.5熔滴成形过程分析与建模

3.5燃弧的物理特性与数学建模

3.6液桥受力分析与形状建模

3.7小节

第四章 系统程序仿真

4.1程序仿真方案

4.2程序流程图

4.3函数实现

4.4输出数据波形图及分析

4.5熔滴形状改进建模的分析

4.6小节

第五章 simulink仿真模块的建立

5.1 simulink建模介绍

5.2主电路与控制系统模型

5.2.1逆变全桥主电路模块

5.2.2 STT波形设定模块

5.2.3 PID控制模块

5.2.4 PWM模块

5.2.5电源部分整体仿真测试

5.3非线性负载的模型

5.3.1燃弧阶段仿真模块

5.3.2液桥仿真模块

5.4小节

第六章 系统整体仿真与分析

6.1系统整体仿真

6.2仿真平台适用性实验

6.3小节

第七章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文