基于DSP的一体化双丝脉冲MIG弧焊逆变电源的研制

答辩人：陈晓东(机械工程）基于DSP的一体化双丝脉冲MIG弧焊逆变电源的研制国家自然科学基金项目（50875088）资助导师：薛家祥教授，博导华南理工大学2011届硕士论文答辩答辩提纲4论文创新点123主要研究内容研究成果研究展望华南理工大学2011届硕士论文答辩※论文创新点•以DSP2808为核心，利用协同控制技术，实现了一体化的双丝电源方案。•采用基于软件的数字增量式PI控制策略对焊接过程控制。•利用波形细分技术，实现不同波形的精细控制。华南理工大学2011届硕士论文答辩一、系统总体方案设计三、软件系统设计二、硬件电路设计四、性能及工艺研究确定了主电路方案确定了脉冲时序关系确定了控制模式等设计基础完善了人机交互系统完成DSP控制系统设计进行了外围保护等电路设计进行了硬件抗干扰的研究进行了软件系统的整体设计。完成了各功能模块的设计，并编写程序。进行了软件抗干扰的设计。搭建了试验平台进行了系统整机软硬件测试进行了初步的工艺试验研究内容成果※主要研究内容华南理工大学2011届硕士论文答辩本课题中的两个主电路需要具有均流功能，采用恒流外特性时容易实现均流，因此主机和从机电源都采用脉冲维弧均为恒流的外特性。采用增量式数字PI算法对焊接电流进行恒流控制。采用电压限幅方法和PI调节基值时间的方法来实现弧压的反馈控制一、系统总体方案设计华南理工大学2011届硕士论文答辩一、系统总体方案设计图2-5有限双极性软开关全桥逆变主电路华南理工大学2011届硕士论文答辩图2-8人机交互系统原理图华南理工大学2011届硕士论文答辩二、硬件电路设计三相380VTMS320F2808DSPPWM4PWM3AD0AD1SCIPWM1PWM2AD2AD3整流滤波IGBT逆变主电路A功率变压器二次整流人机交互系统IGBT驱动电路输出A电流反馈2两路送丝给定脉冲参数给定开关信号故障信号电压反馈2电压反馈1电流反馈1IGBT驱动电路INTGPIOAD4-AD7三相380V整流滤波IGBT逆变主电路B功率变压器二次整流输出B图3-2DSP最小系统实物图华南理工大学2011届硕士论文答辩送丝机信号调制电路1采样反馈电路1采样反馈电路2送丝机信号调制电路2气阀电路1气阀电路2过温检测1过温检测2过流与网压检测主控板功能华南理工大学2011届硕士论文答辩123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:30-May-2010SheetofFile:H:\0530lab\技术说明\0光耦.DDBDrawnBy:C5R5C2C1R1C3+15V-15VA-GNDR2A-GNDR4400A-4VA1K2D1C4321411U1A567U1BC6R3+15V-15VA-GNDA-GNDA-GNDR6CURRENT-FBKI_FB电流反馈电路12341123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:30-May-2010SheetofFile:H:\0530lab\技术说明\0光耦.DDBDrawnBy:1VCC+567BR6R1RP1C1C8C10C11R2R9C1312345678PC1E-GND1VCC+1VCC-E-GND-15V+15VR1032184U1AA-GNDL1L2R8321411U3AR3C2C6E-GNDE-GNDC3E-GNDC4C7A-GNDA-GNDEARTHC12A-GNDR740V-1.613VD1A-GNDA-GNDR4C5C9123R5VF1VF1VOLTAGE-FBKV_FB电压反馈电路123P1CON3567B电流信号反馈电路电压信号反馈电路采样反馈电路华南理工大学2011届硕士论文答辩MOSFET功率管滤波送丝机DSP送丝给定(D/A)PWM驱动全波整流AC24V图3-10两路送丝电路板华南理工大学2011届硕士论文答辩三、软件系统设计软件设计功能子程序模块主程序系统初始化模块中断服务程序模块焊接过程控制子程序延时子程序A/D采样子程序脉冲相位控制子程序SCI通信中断子程序PI算法子程序PWM中断服务子程序A/D初始化子程序I/O口初始化子程序DSP系统初始化子程序SCI通信初始化子程序异常情况监测及显示图4-3控制系统软件总体结构华南理工大学2011届硕士论文答辩数字PI控制算法的参数整定华南理工大学2011届硕士论文答辩焊接结束开始弧长判断？短路？停止焊接？起弧成功？开始焊接？减少基值时间增加基值时间增加峰值电流减少送丝速度基值控制T2(Ibtb)峰值控制T1(Iptp)起弧双丝面板参数输入（材质、丝径、电流）DSP初始化NYNY关PWM,收弧NYYN=Uk_MIN=Uk_MAX焊接结束系统初始化开始双丝焊接参数预置后丝B起弧前丝A起弧起弧成功？起弧成功？YYYY双丝脉冲时序选择A、B两路同时关PWM，收弧NNNA、B焊枪同时闭合？双丝脉冲焊接（恒流控制）NY华南理工大学2011届硕士论文答辩四、性能及工艺研究图5-1本课题一体化双丝弧焊电源主要装备华南理工大学2011届硕士论文答辩IGBT驱动波形测试(a)占空比20％(b)占空比37％(c)占空比50％图5-3PWM波形华南理工大学2011届硕士论文答辩PWM与D/A输出转换试验图5-4两路PWM输出信号变化采集图像华南理工大学2011届硕士论文答辩双丝电源静态特性测试第一路恒流特性0204060800100200300400I/AU/V给定;1000给定;2000给定;2800给定;3500给定;4000华南理工大学2011届硕士论文答辩双丝电源焊接过程华南理工大学2011届硕士论文答辩华南理工大学2011届硕士论文答辩双丝脉冲MIG焊钢电流对比试验华南理工大学2011届硕士论文答辩321进一步完善双丝焊接功能对起弧，收弧进一步优化，进行深入的研究，对大厚板进行焊接试验，继续大量双丝一元化试验及形成专家库系统，实现一元化调节，使得焊接过程控制简单化。提升检测手段搭建高速摄影仪平台，对双丝的电弧状态和熔滴过渡过程进行微观的观察，找出属于双丝焊特有的熔滴过渡规律和电弧特性。深入研究控制策略如焊接参数模糊控制，自调整PI参数控制等，对双丝电源的控制系统进一步优化。.※研究展望