基于双MCU脉冲MIG焊机控制系统研究

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焊接作为机械制造业中的重要一环,焊接技术水平的提高也意味着对机械制造业有着非常重要的推动作用,而焊接设备的数字化自然是对以往的焊接技术的一次全新的技术革命。本文研究的数字化脉冲MIG焊机控制系统是基于以下几个目的:实现焊机的数字化;实现对低能量焊接的控制;满足高效自动化焊接要求。数字化控制系统对于模拟控制系统而言,具有电路简化,焊接波形控制精确,参数调节及管理便捷,内部焊接工艺系统随时可改进升级等优势。MIG焊的脉冲式输出可实现对电弧能量的精细控制,能满足薄板及有色金属对低能量焊接的要求。高效自动化则是则是机械制造业的一次工业革命,同时也是德国近年来提出实现工业4.0的基础,即实现智能化制造的基础。  本文研究的脉冲MIG焊控制系统则是基于双MCU为控制核心实现的,双MCU之间又既有明确的分工又有紧密的协作,主控MCU型号为Microchip公司生产的PIC24FJ128GC006单片机,而辅控MCU型号则是选用了Renesas公司生产的R5F21355单片机。主控MCU主要负责引弧控制、焊接时序控制、焊接参数PI运算、焊接过程控制、收弧控制。辅控MCU则负责焊接参数的给定和实时显示、储存焊接工艺参数、通知显示焊接故障等。送丝控制系统的送丝速度则是由主控MCU给出,采用送丝机的反电动势大小来反馈送丝速度大小,将两者的信号送入PWM电路得到PWM信号,该PWM信号通过控制可控硅的触发角来稳定送丝速度。由于控制系统的作用对象是逆变电路的IGBT,所以本文还设计了软开关电路器件的参数计算及选型,以减少IGBT的开关功耗和开关应力。此外还设计了主电路的整流滤波元器件的参数计算和选型。  通过整机实验,本文研制的脉冲MIG焊控制系统能很好的完成各种焊接功能,如焊接参数给定及实时显示、等速送丝控制、基值峰值的双恒流外特性控制、正常焊接控制、弧长稳定控制等。通过焊接工艺试验,可以看到焊接电弧稳定,只有少量飞溅,焊接手法随意性大时也不会发生顶丝回烧等现象。当然本文研究的控制系统在软件这一块还有可继续挖掘的地方,比如考虑到脉冲MIG焊的工艺参数众多,手动调节多有不便,可采用升级软件系统实现一元化操作。
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