逆变弧焊电源控制系统设计与建模

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数字化逆变弧焊电源具有能够柔性化控制、控制精度高、稳定性强、一致性好、通用性强等优点,近年来成为弧焊电源的主要发展方向。针对数字化逆变弧焊电源,性能良好的控制方案设计是弧焊电源稳定、可靠工作的关键。通过比较与改进传统控制策略,本文提出了一种带电流前馈环节的峰值电流电压双闭环控制方案,并对电源系统硬件和软件进行设计,通过仿真及实验证明了本文提出的控制方案的有效性。本文的主要研究内容如下:(1)提出了一种带电流前馈环节的峰值电流电压双闭环控制方案。电源空载状态时,输出电流为零,电流外环迅速饱和至限幅值,电压内环调节得到恒压控制;电源开始引弧后,电流外环逐渐退出饱和,内外环共同调节使输出得到恒流控制。之后在考虑非理想情况下对系统建模,说明考虑非理想因素的必要性,及电流前馈补偿能够提高系统的响应速度。(2)电源系统整体设计分为硬件和软件设计两个方面。硬件设计中主电路主要包括逆变电路拓扑选择、大功率高频变压器设计、输出滤波电感设计。控制电路主要对信号采样调理电路、IGBT驱动电路、保护电路的硬件进行设计。本文的软件控制核心是DSP芯片TMS320F28335,重点讲述和分析设计各模块的配置和控制流程图。(3)在Matlab仿真环境下建立数字化逆变弧焊电源的系统模型,通过仿真和实验分析验证了本文提出的控制策略的有效性,该控制方案能够及时调节变压器原边过电流、快速响应系统不同状态间的切换、对负载变化具有很强的适应性,并保证电源稳态工作时与给定无误差。其适用于对输出电流的调节速度和控制精度有较高要求的场合。
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