基于DSP的CO弧焊逆变电源的智能控制系统研究

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CO2短路熔滴过渡焊是一种应用非常广泛的焊接工艺,但存在飞溅大和焊缝成形欠佳的缺点。大量研究表明:在送丝速度一定的情况下,恒定的过渡频率可控制熔滴尺寸及弧长处于相对合理的大小,使熔滴尺寸及弧长在扰动出现时有较大的变化裕量,利于稳定焊接过程。并且,在稳定的短路过渡情况下,短路频率越高,过渡熔滴越小,金属飞溅越小,焊缝波纹越细密,焊缝成形越佳。因此常把CO2短路熔滴过渡频率作为CO2焊接过程的目标函数。目前,实现恒频短路过渡控制方案中多以控制电弧电压实现恒频过渡。但由于电弧电压在焊接环境中易受干扰,并且要获得焊接过程的稳定和较小量的飞溅,需要焊接电流与电压形成实时最佳匹配,而由于控制对象的复杂多变,难以建立精确的数学模型,使得这种匹配难以实现,控制效果不理想。 据此,本文提出一种基于短路熔滴过渡频率为控制目标,短路阶段电流上升率和燃弧阶段电流下降率为控制对象的模糊控制方案。并采用DSP为焊机控制系统的硬件核心,以满足焊接生产自动化的发展和焊接工艺对弧焊电源的精确控制的要求,弥补以单片机为控制核心的弧焊逆变电源存在速度慢、实时性差等不足。完成了实现这种控制方案的弧焊逆变电源控制系统的硬件和软件设计。 本文是利用IGBT弧焊逆变电源具有优异的可控性和快速响应能力的特点,并在前期主电源已设计完成的工作基础上,设计和制作了控制系统的硬件电路板。软件部分是在CCS2000集成开发环境下编写和调试的,多采用了中断和查询技术以及模块化设计。模糊控制器的设计是在大量的焊接工艺实验数据和实际操作经验的基础上,并利用MATLAB软件推理决策并计算出一张模糊查询表。该表存储在DSP的数据空间,供在焊接过程中查询使用。 通过控制系统的调试证明,该系统能够准确地检测到短路状态信息和中断信号,保护电路和开关电路可靠。随后进行了联机工艺试验,实验表明,该系统结构设计稳定可靠,能获得较为稳定的短路过渡频率。采用的控制策略使焊接过程稳定、飞溅量较小,达到了设计目的。至此,本文作为河南省科技厅自然科学基金项目“CO2焊接逆变电源智能控制技术研究”(211061900)的后续研究工作,完成了CO2焊机的DSP控制系统硬件试验平台和应用模糊控制的智能控制系统设计,为进一步的研究工作打下基础。
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