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《山东大学》 2010年
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全数字脉冲MIG焊接控制系统的研究与设计

黄长伟  
【摘要】: 随着焊接技术和工业自动化的飞速发展,对焊机性能的要求也越来越高。脉冲MIG焊接系统作为目前应用较广的一种焊接系统,具有控制方式灵活、系统稳定性强、焊接质量好等特点,能够适用于多种焊接场合,市场前景广阔。但目前国内多数脉冲MIG焊机驱动部分仍采用模拟电路控制,适应性差、产品一致性不高等缺点制约了其适用范围。相比而言,全数字式焊机的优势则越来越明显。目前国内焊机的全数字化研究仍处于初级阶段,大规模市场化成型产品较少,因此针对全数字化焊机控制系统进行研究开发具有很强的理论意义和实用价值。 本文针对焊接电源发展的现状,对脉冲MIG焊机数字化过程中所存在的问题及控制需求进行了分析研究,确定了全数字脉冲MIG焊接电源的高速数字逆变驱动电路设计方案、电流控制方案、弧长控制方案和人机交互界面设计方案。 通过对脉冲MIG焊熔滴过渡、弧长、电流控制需求的分析,设计了基于电流和弧长的双闭环控制方案。在焊机工作过程中,为了保证熔滴过渡的稳定,要求输出电流能够快速、准确的跟随给定。本文针对电流控制要求,通过对数字PWM产生原理的分析和研究,在FPGA中构建了高速PWM控制器,通过对功率器件进行高速开关控制,实现了电流变化的快速性;针对熔滴过渡过程对电流波形控制的要求,在FPGA中设计了变参数PI控制器,对脉冲电流波形各个阶段进行精确控制,使电流输出能够更加快速稳定的跟随给定。同时针对数字驱动回路存在的偏磁问题,设计了偏磁检测电路,避免了因偏磁导致的工作异常,保证了逆变驱动回路对主电路的可靠驱动。由于焊接电弧模型复杂,本文采用了模糊控制算法,采用改变基值时间的方法来控制电弧电压,保证了焊接过程中弧长的稳定。 随着焊接技术的发展,对人机交互界面也提出了越来越高的要求。本文通过对人机交互界面的需求分析,设计了基于USB接口和液晶显示的人机界面,使得参数输入和显示更加清晰、明了。系统采用了USB主机接口对移动存储器进行操作,可以通过对参数文件的读取来完成焊接工艺参数的设定,还可以将焊机的实时工作状态进行记录,实现对焊机工作状态的离线分析。 本文对所设计的全数字控制系统进行了测试,包括电流环测试、弧长控制测试及焊机总体焊接性能测试。试验表明,所设计的系统焊接过程稳定,熔滴过渡一致性好,取得了较为满意的焊接效果和焊接质量。 最后,总结了全数字脉冲MIG焊机的设计方案,指出了系统的不足,并提出了下一步的改进措施。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP273

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