脉冲MIG焊全数字化控制系统研制.pdf

随着工业自动化程度和焊接工艺要求的提高，弧焊电源的数字化控制已成为焊接领域的发展方向。脉冲焊以其轴向性好、飞溅小、焊缝成形美观等特有的优点在焊接领域得到了广泛的应用。全数字化控制的弧焊电源具有灵活性好、控制精度高和响应速度快等特点，能极大提高脉冲焊的控制水平。本文首先对脉冲焊的熔滴过渡行为进行了研究，分析了脉冲电流各参数的作用，并提出了对焊接电流和电压的双闭环控制方案。其中电流环采用变参数的数字控制，使得电流快速跟随给定；电压环采用平均电压闭环控制，实现电弧的稳定调节。本文结合当前嵌入式技术和技术发展的最新成果，选用核微控制器和设计了脉冲逆变电源的全数字化控制系统，搭建了该系统的硬件平台。其中作为主控制器，负责电压环控制和焊接事务管理；作为协处理器，负责电流环的控制以及数字模块的设计。两者通过在内部实现的并行总线接口进行数据的交换。在研究脉宽调制工作机理的基础上，本文采用高速计数器法，利用语言在内部实现了数字模块。较之采用专用芯片设计的模拟控制方式，数字简化了控制系统与功率变换电路的接口，提高了系统的响应速度和稳定性。另外，本文将实时嵌入式操作系统μⅡ移植到中，各个任务可以进行独立设计，使得焊机的事务管理更加方便。本文最后对所设计的全数字控制系统进行了测试，包括转换精度测试、保护电路测试、输出波形测试以及焊接过程波形控制效果测试。实验表明，该系统能够实现精确的电流波形控制和弧压闭环控制，为后续复杂的工艺研究和专家库的建立打下了坚实的基础。