VPPA焊接电源数字化控制策略的研究

发布时间：2021-01-01 00:00

　　航空航天科技的快速发展对航天铝合金材料的焊接质量提出了更高要求,而高性能的全数字化变极性等离子弧焊电源是提高铝合金材料焊接质量的关键。当前焊接电源主控电路较为成熟,其性能很大程度依赖于数字控制器的设计,尤其体现在恒流闭环控制策略上。根据弧焊逆变电源时变性、非线性等特点,需分别设计焊接电源工作在大、小信号工作范围内的控制方法。变极性等离子弧焊电源是一种具有重复性质的双工况运行系统,工况一为DCEN（工件接正,钨极接负）,工况二为DCEP（钨极接正,工件接负）。针对这一特点,以机器人控制领域富有成效的迭代学习控制算法为基本原理,提出了一种基于数据驱动的大信号系统控制方法。通过采用被控对象后级反馈量（焊接电流）的主反馈与被控对象前级反馈量（全桥驱动占空比）的局部反馈相结合方式实现焊接电源闭环控制。前级反馈量通过在收敛误差内采样多个控制周期的历史数据（驱动占空比）得到,其作为大信号范围内调节的驱动数据,并通过弧焊逆变电源系统的大信号平均模型解释了历史数据所表征的物理意义。获取了控制器在负载试验时输出的大量历史数据,并分析比较在不同电流时的基本特征。控制系统采用内核为Cortex-M4的微控制器... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

焊接电流和变压器原边电流采样电路

图 2-4 一次全桥逆变驱动电路Figure 2-4 Full bridge primary inverter drive circuit2.2.4 保护电路设计欠压、过热保护电路如图 2-5 所示。大功率开关管在频繁开通、关断、以及导通时均会产生热损耗，为防止其结温过高，需对 IGBT 模块进行过热监测，即使用温度继电器贴在散热片表面。当到温度上升到设定阈值时，温度继电器常闭合信号断开将二极管 Q7 导通，触发过热报警指示灯动作。同时将过热信号送入MCU 控制板，CPU 获取信号后，停止一次逆变驱动信号的输入，焊接过程进入停弧延时送气阶段。等待过热信号解除后方可开始燃弧再次进入焊接过程。为保证 IGBT 功率级驱动电路正常工作，需稳定的驱动电压，即 IGBT 开启电压稳定在 15V 左右。较高的开启电压有利于 IGBT 快速导通，减小开通损耗。功率级驱动电路的供电电源是单相 220V 经交流变压器转化为 13.5V 电压接入CON1 口。由 2KBP10 整流桥得到 17.5V 的直流电压，经三端稳压芯片 LM7815

北京工业大学工学硕士学位论文转换为 15V 电压供功率级驱动电路使用。现监测 17.5V 供电电压，当电压下降到 15V 以下时运算放大器 LF353 输出高电平，一路信号触发欠压报警指示灯，一路信号传入 MCU 控制板经 HCPL2630 光耦隔离输送给微控制器 IO 口。CPU获取此信号将停弧进入延时送气阶段，等待欠压信号解除后可开始下一次焊接过程控制。


本文编号：2950548