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《山东大学》 2010年
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基于FPGA的全数字逆变焊接电源主控系统设计

梅高青  
【摘要】: 模拟电路控制的逆变焊机有许多缺点,如模拟器件老化、温漂导致控制精度不高,模拟器件进行电路设计效率低下等。全数字逆变焊接电源具有灵活性好、控制精度高和响应速度快等特点,同时可以提供多种数字通信接口和友好的人机界面,因而是焊接电源的发展方向。但是在进行数字化过程中有相当多的困难,如数字化PWM驱动对过流、主变压器偏磁无法抑制;数字控制芯片运算速度不高,控制过程中有运算延迟,而且随着运算负担增加程序可靠性降低等。这些困难阻碍了焊机数字化控制的实现。 本文通过分析全数字逆变焊接电源的结构和脉冲MIG焊的焊接控制规律,确定了关于脉冲MIG焊的电流控制方案、弧长控制方案和数字PWM驱动方案。本文对焊接过程的控制采用“电流波形控制+实时弧长控制”的方案。其中电流波形控制采用变参数PID对脉冲电流波型的各部分进行精确控制;实时弧长控制通过微调峰值电流和基值电流并实时计算平均反馈弧压来调节基值时间tb,可在本电流周期内保证了焊接平均弧长的稳定,提高了弧长控制的实时性。 本文采用FPGA实现了数字化PWM发生器。通过采样逆变焊接电源的副边电流,并将其作为PWM模块的反馈,从而实现了电流型PWM。同时,通过检测焊接电源的原边电流和驱动电压,可以对系统中过流等异常状态进行及时保护,保证了PWM可靠驱动主电路。同时数字PWM具有可灵活配置主回路的逆变频率和死区时间的功能。 本文结合当前嵌入式技术与EDA技术的发展前沿,选择了'FPGA+嵌入式软核NiosⅡ"作为控制系统的实现方案。其中在FPGA中用VHDL实现了逆变焊接电源的焊接过程的控制,解决了数字处理芯片速度不够的问题。它主要实现了焊接电流波形控制、实时弧长控制、引弧处理、收弧处理和短路处理等。NiOsⅡ中实现一些时间要求相对宽松的任务,如各种通信任务与焊接的时序控制等。在FPGA中用VHDL实现的软件和在NiosⅡ中用C语言实现的软件之间通过双口RAM进行数据交换。 本文最后对所设计的全数字逆变焊接电源控制系统进行了调试和测试,包括数字化驱动板的测试、电流控制测试与动态负载实验。实验表明,采用本文所设计的数字PWM方案和焊接控制方案能够实现焊接电流波形的精确输出和弧长的实时闭环控制,并能正确实现焊接过程中的起弧、收弧和短路处理。
【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】:TG434.1

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 李保强;基于模糊PID的叶腊石烤箱温度控制系统研究[D];郑州大学;2010年
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【同被引文献】
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7 王振民,黄石生,薛家祥,余文松,邓永翔;弧焊逆变技术的研究现状与展望[J];电焊机;2000年08期
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9 雷斌;浅析IGBT的门极驱动[J];电焊机;2002年02期
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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