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1、先进制造技术论文学院：_经济与管理学院_班级：_08 营_学号：_08060404_姓名：_陈雪_弧焊逆变电源弧焊逆变电源数字化控制数字化控制Arc welding inverter power supply digital control班级：08 营 姓名：陈雪 学号：08060404摘要本文主要研究了埋弧焊电源系统的数字化控制方案。 本文首先介绍了埋弧焊的具体内容，及其具有的明显优势，发展历史、国内外的研究现状，分析了模拟电路控制系统和数字化控制系统的优缺点，指出数字化控制是逆变埋弧焊机控制的发展方向。对埋弧焊接过程和埋弧焊机控制系统进行分析，论述了变速送丝电弧控制系统的原理及影响因素，
2、并且分析了焊接电弧的特性，为逆变埋弧焊机数字化控制系统的设计提供了理论依据。埋弧焊由于具有较高的生产率，优良的焊接质量以及较好的劳动条件等诸多优点，已在船舶、能源、机械等工业部门得到广泛应用。目前，埋弧焊焊接电源仍采用模拟电路控制方式，控制电路复杂、控制柔性化差，功能扩展不便。本文根据埋弧焊焊接电源目前遇到的问题，决定用数字化控制系统代替原有模拟控制系统。采用TI公司的TMS320F2812 DSP芯片作为焊接电源控制核心，利用片上的12位AD采集霍尔电流传感器得到的焊接电流信号，并对采集的信号进行FIR滤波，以避免高频干扰对数字控制器产生影响。设计并制作调理电路板，配合DSP的片上PWM模块
3、实现DA转换，并采用IQmath库函数对所设计的DA进行测试。DA转换输出的模拟控制量与锯齿波同步信号比较得到主回路的晶闸管触发信号。控制策略采用积分分离式PID，避免积分饱和造成控制器工作状态不稳定。通过程序保证高的空载电压，便于引弧；并通过板上的LED灯闪烁实现焊接状态的指示，硬件和软件都加入了防干扰的措施。在设计过程中采用Multisim8软件辅助电路设计，利用Matlab的工具箱得到了FIR滤波器的滤波系数并进行PID参数整定。 关键字：埋弧焊 数字化 DSP 焊接电源控制ABSTRACTThe characteristic，history，actuality and foregrou
4、nd of submerged arc welding are introduced in the introduction part of this paperIt analyses the advantages and disadvantages of analog circuit control system and digital control system，point out that digital is the directionIt has an analysis on the process of submerged arc welding and control syst
5、em，discusses the theory and reason of changespeed wirefeed system，analysis characteristic of the electrical arc，offer the theory for the design of digital control system of the submerged arc weldingSubmerge Arc Welding(SAW)is widely used in many industry fields such as shipbuilding，energy source and
6、 mechanism because of its high productivity, excellent welding quality, and comfort working conditionAt present，submerged arc welding power source is still the way to control the use of analog circuit，control circuit complexity, poor control of flexible，functional extension of the inconvenience.In t
7、his paper, according to the current problems about submerged arc welding power source，decided to use digital control system to replace the original analog control systemIt used Trs TMS320F28 12 DSP chip as the core of welding power control，and acquired the feedback welding current signal using Hall-
8、current sensor by onchip 1 2-bit ADThe acquisition signal has been filtered by the FIR filter to avoid the impact of digital controller from high frequency interferenceIt designed and produced the circuit boards，working with the DSP on-chip PWM module to achieve DA conversion function，and tested the
9、 board by the IQmath library The analog control volume outputting by DA conversion compared with the saw tooth sync signal to generate main circuit thyristors trigger signalsControl strategy was the algorithm of integral separation PID to avoid the integral saturation to make the controller instabil
10、ityIt Was easy to ignite the arc by the certain procedures to ensure the high no-load voltage，and the LED lights flicker on the board showed the welding stateBoth hardware and software have joined the anti-interference measuresDuring the design process，it used the Multisim8 to aid the circuit design
11、，got the FIR filter coefficients and simulated the PID parameter tuning by Matlabkey words： SAW Numeralization DSP Welding power source control引言 对于数字化控制，本来了解的不多。经过先进制造技术一门课的学习，让自己对埋弧焊电 源系统的数字化控制有了进一步了解的欲望。于是找了很多资料，看来很多相关文献，先 整理出着篇文章，既是对自己的一个总结，也是对自己理解的一种检验。 11 埋弧焊简述弧焊逆变电源(亦称弧焊逆变器)是一种高效、节能、轻便的新型弧焊电源
12、。目前，采 用 IGBT 作为功率控制器件来提高功率主电路的控制性和稳定性，以 8 位或 16 位单片机作 为控制核心进行焊接程式控制和焊接参数运算处理，提高了弧焊逆变电源的操作性。 埋弧焊产生于1935年，到上世纪50年代在我国开始应用。埋弧自动焊与其他焊接方法相比 具有很多优点：(1)焊接电流大，生产效率高。在焊接时，焊丝从导电嘴伸出长度小，可以 大大提高焊接电流，因此熔透能力和焊丝熔敷率得到很大提高；另外由于焊剂和熔渣的隔 热作用，电弧散热少、飞溅小，热效率高，可以提高焊接速度。(2)焊缝质量高。埋弧焊时， 焊剂和熔渣能有效地保护熔池，并可以降低熔池的冷却速度，从而可以提高焊缝的力学性
13、能。(3)节省焊接材料和能源。较厚的焊件不开坡口也能焊透，省去开坡口和填充坡口所需的能源和时间。(4)劳动条件好。焊接过程的机械化和自动化使得焊工的劳动强度大大降低， 有害气体少而且没有弧光的有害作用，很好地改善了焊工的劳动条件。（5）焊接范围广。 可焊接碳素钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢及复合钢材等，也可用于镍基合金、铜合金焊 接及耐磨耐蚀合金堆焊。而且埋弧焊的自动化程度高，尤其适用于焊接中厚板结构的长焊 缝。因此埋弧焊在造船、锅炉、化工容器、钢构建筑、桥梁、起重机械及冶金机械制造业 中应用非常广泛。 12数字化焊接技术的发展状况数字化弧焊电源指的是采用数字控制技术的弧焊电源。数字化弧焊电源的
14、核心是 数字控制系统，目前弧焊电源数字控制系统的核心大多是微控制器(MCU)或数字信号处 理器(Digital Signal Processor，简称DSP)。 数字化焊接技术是指用计算机技术来控制焊接设备的运行状态，使其满足和达到焊接工艺 所提出的要求，以得到合格的焊缝。它的数字化控制电路由专用集成电路ASIc、数字信号 处理器DSP以及复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程门阵歹UFPGA构成，通过程序软件调 整控制方案，实现多种控制策略，控制电弧特性可以得到意想不到的焊接性能。一虽然 CPLDFPGA和DSP的应用处于起步阶段，但是数字系统本身具有的优势和现有数字化焊机的 特点，已经使焊
15、机数字化成为焊机控制的发展趋势。数字化焊机的优点可以归纳为以下几 点： (1)容易实现非线性控制。由于模拟电路很难实现非线性控制，数字化控制系统的这 一优势就显得尤为突出。(2)实现了柔性化控制和多功能集成。系统的控制策略通过软件的 形式加以实现，有利于进行控制系统的优化设计和多功能集成。(3)控制精度高，稳定性好。 数字化控制系统以数字信号处理为基础，受环境温度和噪声的影响较小，可靠性高。(4)产 品的一致性好。模拟控制系统的性能受元件参数性能变化的影响比较大，而数字系统基本 上不受影响，因此数字系统便于测试、调试和大规模生产。(5)接口兼容性好。由于数字化 焊机采用了单片机、CPLDFPG
16、A和DSP等数字芯片，它们与其他数字技术为基础的系统和设备是相互兼容的，与这些系统接口来实现某些功能要比模拟系统相对容易的多。（6）机 功能升级方便。DSP系统的可编程芯片可使设计人员在开发过程中能灵活方便地对软件 进行修改和升级。(7)数字化控制使焊接电源具有很好的系统灵活性。模拟系统的配置和 增益是由阻容网络硬件所决定的，一旦确定就很难改变，而在数字化控制系统中，由于采 用了数字系统的可编程芯片，设计人员可以灵活方便地对软件进行修改和升级”。 电焊机的数字化主要包括三方面的内容： (1)主电路的数字化，即大量应用的是IGBT、MOSFET或双极性晶体管式弧焊逆变主电路，功 率越来越大，相对体积越来越小，焊接电源的工作频率有了很大的提高，响应速度也更快，焊机可以获得更好的动态响应特性。与此同时，与模拟控制晶体管弧焊电源主电路不同， 数字式主电路采用的是工作在开关状态的开关式晶体管，这样相比工作于放大区的模
