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基于DSP的双丝脉冲MAG高速焊逆变式电源数字化控制研究

作　者: 缪正平
导　师: 黄石生
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 双丝脉冲MAG高速焊逆变式电源 DSP数字化控制多相位协同控制数字化人机交互系统
分类号: TG434.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

双丝脉冲MAG高速焊技术集高效优质和自动化于一体,愈来愈受到重视,已成为国内外焊接领域的研究热点,但是国内的相关研究起步相对较晚,并且还不能批量生产这种双丝焊装备。本论文在广东省科技计划(No.2007A010300005)项目的资助下,结合电力电子技术和数字化控制技术,提出了基于DSP的双丝脉冲MAG高速弧焊电源的数字化系统,并对其特性和应用进行了研究。论文首先分析双丝脉冲MAG高速焊相关特征,完善了协同控制的主从机双丝脉冲MAG焊总体方案。分析了主从机逆变式弧焊电源主电路拓扑结构,根据输出功率要求,弧焊电源主电路采用并联式全桥逆变主电路拓扑结构;针对双丝脉冲MAG焊控制系统的要求,分析了外特性的选择和多相位协同控制方案。设计了以DSP为核心的硬件和软件控制系统,实现了双丝高速焊的多相位数字化协同控制。通过对双丝高速焊试验场所干扰源的分析,进行了硬件和软件的抗干扰设计。针对双丝高速焊主从机电源峰值阶段恒流+基值阶段恒流外特性方式的电弧自调节能力差,电弧电压波动大的缺点,本论文采用电压阈值方法和PI控制基值时间方法来控制弧长,实现了双丝高速焊过程中弧长的稳定控制。为了实现双丝脉冲MAG焊电源多参数的精确给定、记忆与显示问题,本课题设计了基于DSP+LCD结构的数字化人机交互系统。本论文进行了DSP与LCD、触摸屏、EEPROM等接口的硬件设计,并在此基础上进行了相应的软件设计,通过RS232总线与焊接过程控制系统进行通信,实现了弧焊电源人机界面的数字化。应用所研制的双丝脉冲MAG高速焊多相位数字化协同控制电源装备进行了大量的双丝高速焊工艺试验。试验结果表明,所研制的双丝脉冲MAG高速焊电源控制系统满足设计要求,实现了双丝焊同步、交替和随机三种相位输出焊接过程,并在合适的脉冲焊参数匹配条件下,焊接过程稳定、焊接速度快、焊缝成形好。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 本课题研究背景与现实意义  12-14
    1.1.1 课题背景  12
    1.1.2 研究的现实意义  12-14
  1.2 相关技术国内外研究现状与发展趋势  14-21
    1.2.1 双丝高速弧焊的研究现状与发展趋势  14-15
    1.2.2 逆变式弧焊电源的数字控制系统  15-17
    1.2.3 大功率逆变式电源的并联均流技术  17-19
    1.2.4 弧焊电源人机交互系统的数字化  19-20
    1.2.5 目前双丝脉冲MAG 高速焊存在的主要问题  20-21
  1.3 本课题的主要研究内容  21-22
第二章双丝脉冲MAG 高速焊机理及总体技术方案完善  22-30
  2.1 双丝脉冲MAG 高速焊相关特征  22-24
    2.1.1 双丝脉冲焊熔滴过渡形式及电弧形态  22-23
    2.1.2 双丝焊熔池特点  23-24
  2.2 双丝脉冲MAG 高速焊装备技术方案完善与实施  24
  2.3 双丝焊电源及其控制系统方案的完善  24-28
    2.3.1 逆变主电路的拓扑选择  25-26
    2.3.2 弧焊电源外特性的选择  26-27
    2.3.3 双丝焊系统的多相位协同控制方案  27-28
  2.4 双丝焊炬及冷却系统的选配  28
  2.5 本章小结  28-30
第三章双丝脉冲MAG 高速焊逆变电源系统的硬件设计  30-43
  3.1 控制系统的方案设计  30-33
    3.1.1 对控制系统的要求  30
    3.1.2 控制系统的组成和工作原理  30-33
  3.2 控制系统硬件设计  33-41
    3.2.1 DSP 的选型  33-35
    3.2.2 脉宽调制信号PWM 的生成  35-36
    3.2.3 反馈信号采样电路  36-37
    3.2.4 故障保护电路  37-39
    3.2.5 主从机通信接口电路  39
    3.2.6 IGBT 栅极驱动电路  39-40
    3.2.7 送丝系统  40-41
  3.3 硬件抗干扰设计  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章双丝脉冲MAG 高速焊逆变电源系统的软件设计  43-54
  4.1 控制系统软件总体设计  43-45
  4.2 控制软件具体模块设计  45-52
    4.2.1 焊接电流电压控制算法设计  45-49
    4.2.2 数字化均流控制算法设计  49-50
    4.2.3 引弧和收弧程序设计  50-52
  4.3 软件抗干扰设计  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章弧焊电源的数字化人机界面设计  54-71
  5.1 人机界面的硬件设计  54-59
    5.1.1 液晶显示模块  55-56
    5.1.2 触摸控制器模块  56-57
    5.1.3 数据存储模块  57-58
    5.1.4 实时时钟模块  58
    5.1.5 数据EEPROM 存储模块  58-59
    5.1.6 RS232 通信模块  59
  5.2 人机界面的软件设计  59-65
    5.2.1 系统软件总体规划  59-60
    5.2.2 外设驱动程序设计  60-64
    5.2.3 基于 RS232 总线的多机通信设计  64-65
  5.3 人机界面操作系统的界面功能实现  65-70
  5.4 本章小结  70-71
第六章双丝脉冲MAG 高速焊电源试验研究  71-87
  6.1 弧焊电源的测试试验研究  71-75
    6.1.1 测试平台构建  71
    6.1.2 弧焊电源外特性的测试  71-73
    6.1.3 主从机单机模拟负载实验  73-74
    6.1.4 双丝焊多相位协同控制模拟负载实验  74-75
  6.2 双丝高速弧焊工艺试验研究  75-86
    6.2.1 试验平台的组成  75-76
    6.2.2 单丝脉冲MAG 焊工艺试验  76-77
    6.2.3 双丝脉冲MAG 高速焊多相位输出工艺试验  77-86
  6.3 本章小结  86-87
结论  87-89
参考文献  89-93
攻读硕士学位期间取得的研究成果  93-94
致谢  94

基于DSP的双丝脉冲MAG高速焊逆变式电源数字化控制研究

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