脈沖MIG焊機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著焊接工藝和工業(yè)自動(dòng)化的迅猛發(fā)展，對焊接電源提出了更高的要求，但是傳統(tǒng)的模擬式焊接電源在應(yīng)用中存在著很多的問題，如效率很低、控制精度不高和可靠性差等。與模擬焊接電源相比數(shù)字焊接電源能極大的提高焊接時(shí)的效率和穩(wěn)定性，因而成為現(xiàn)在主流的研究方向。脈沖MIG焊相比于其他焊接方法具有如下優(yōu)勢:擴(kuò)大了焊接電流的調(diào)節(jié)范圍;有效控制熔滴過渡及熔滴尺寸;有利于全位置焊接;可有效控制熱輸入和改善接頭性能等。但在模擬焊接電源向數(shù)字焊接電源轉(zhuǎn)化時(shí)有些問題還

2、難以解決，如PWM的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)，電壓、電流的控制方法等。本文針對脈沖MIG焊接電源數(shù)字化的諸多關(guān)鍵問題研究了脈沖MIG焊電流控制方案、弧長控制方案、數(shù)字PWM波形發(fā)生器方案和數(shù)字化顯示面板方案等。
　　 首先，在分析了脈沖MIG焊熔滴過渡形式和現(xiàn)有的弧長控制方法的基礎(chǔ)上，采用電壓和電流雙閉環(huán)控制的方法。其中電壓環(huán)負(fù)責(zé)穩(wěn)定弧長，采用了同步脈沖實(shí)時(shí)控制策略，即通過調(diào)節(jié)電流波形的基值時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定弧長的目的。電流環(huán)實(shí)現(xiàn)恒流源功能，將電流

3、波形分為六段，采用變參數(shù)PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)。還設(shè)計(jì)了數(shù)字化PWM控制器和電路，將反饋電流和三角波疊加后與給定電流比較產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)了電流型PWM。在控制策略方面采用副邊電流反饋、原邊峰值電流保護(hù)。
　　 然后，本文針對目前流行的“MCU+DSP”方案存在的諸多問題提出了“FPGA+MCU”并在FPGA中嵌入NiosⅡ軟核的方案，并設(shè)計(jì)了相關(guān)的硬件電路和軟件。其中FPGA作為主控板的核心選用了Altera公司的Cyc

4、loneⅢ系列中的EP3C10E144，16位MCU作為顯示面板的核心選用了Freescale公司9S12系列中的MC9S12DG128。EP3C10E144主要負(fù)責(zé)A/D采樣控制、PWM控制、變參數(shù)分段PI控制、弧長控制和工藝控制等任務(wù)。NiosⅡ主要功能是焊接時(shí)序控制和與顯示板和送絲機(jī)的通信，具體來說是將焊接參數(shù)發(fā)送到面板，將波形數(shù)據(jù)和參數(shù)控制信息通過雙口RAM傳給FPGA并控制送絲機(jī)的起停、氣閥的開關(guān)和送絲速度等。顯示面板硬件上采