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在焊接过程中,焊丝送丝速度的稳定与否对焊接规范的稳定、焊接电弧的控制有极大的影响,高质量的焊接在很大程度上依赖于性能优异的送丝系统。送丝系统的稳定性和可靠性直接影响着TIG焊的焊接质量,因此如何保证送丝机均匀稳定的送丝一直是焊接设备研究的一个重要内容。同模拟控制方式相比,数字控制方式可以采用更加灵活多样的控制算法来对送丝系统进行控制。在控制精度、稳定性和一致性等方面也较模拟控制方式有显著优势。另外,TIG焊接过程中的焊枪摆动,可以增加焊道宽度,对于焊接宽度不均匀的焊缝和增进焊道表面美观有着实际意义。
本文设计了基于ARM微处理器LPC2148为核心的送丝控制器。控制器主要控制送丝电机的闭环控制、焊枪摆动的控制和人机接口。送丝电机的闭环控制主要由速度检测、PWM脉宽调制电机驱动控制和模糊PID控制器组成,选用编码器来完成速度检测;选用LMD18200来完成PWM脉宽调制电机驱动控制。本文还选择步进电机作为焊枪摆动的执行元件,设计步进电机驱动控制电路,控制步进电机按一定的轨迹运动。为了便于用户根据不同的实际需要对参数进行修改,本文设计键盘、LCD显示人机接口。
目前,提高送丝机构性能主要有两条途径:一是改进送丝机构的硬件性能,如采用性能优异的送丝电机及对送丝机构的机械部分进行改进,但这种硬件上的改进,效果有限且成本较高。二是改进送丝机构的控制软件,也就是说,采用更好的控制算法来实时调整送丝速度。目前对于大多数半自动焊来说,都广泛采用基于经典PID调节算法。但是在送丝系统控制中,送丝速度和控制给定值的变化会使控制对象特性发生变化,传统的PID控制必须对参数重新整定,才能实现对送丝速度精确、稳定的控制。
本文采用了模糊-PID控制对送丝直流电动机调速系统进行设计。软件平台采用MATLAB/Simulink仿真模块及模糊控制工具箱,通过对输出波形的比较,可以明显地看出模糊-PID控制在进行送丝直流电动机调速时优于传统PID控制方法。
随着数字化焊接电源研究热潮的兴起,送丝机的数字化控制方式必将得到广泛的重视,它也必将随着数字化焊接电源一起而得到广泛应用。