电阻点焊机精密电流控制方法研究
发布时间：2021-10-23 12:48
针对普通电阻点焊机控制节拍时间长、焊接时动态电阻引起的焊接电流无法及时调节的问题,提出一种在常规控制基础上增加前馈控制的方法.该方法通过分析研究焊接材料在焊接过程中动态电阻变化规律,将提前得到的动态电流数据引入到下一节拍的导通角计算中,提前对导通角进行修正,从而能得到更加准确的焊接电流.针对普通点焊机的特性,设计了独特的控制算法,具有比常规控制算法更好的效果.探讨了焊接电流反馈环节的A/D转换速度要求及计算精度,给出了普通微处理器如何保证反馈电流计算精度的有效方法.最后,提出了利用反馈信息实时修正动态电流数据的更加有效的解决方案.
【文章来源】：大连交通大学学报. 2018,39(05)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
低碳钢动态特性曲线
鱅与动态电阻Ｒ的关系为:槡I=P/Ｒ．但实际上会受到各种因素影响导致一定误差．另外，不同焊接对象的动态电流曲线也各不相同，因此很难事先将所有可能遇到的焊接对象的动态电流数据全部搜集计算储存起来．实际上，也完全没必要．我们可以通过焊接电流反馈环节将焊接时的实时电流记录下来，从而得到动态电流曲线．假定某点焊机的最大焊接电流为20kA，如果需要10kA的焊接电流，则可通过调节晶闸管的导通角为90度(50%导通)来得到．如果一直按这个固定的导通角来控制焊接电流，那么实际焊接电流如图2所示．一开始，焊接电流与设定值相等，但随着焊接温度的提高，导致电阻变化，从而导致焊接电流的变化．其变化趋势与图1的动态电阻曲线相对应，并成反比．焊接电流从一开始的约10kA到结束时的约13kA．图2某点焊机的低碳钢动态电流曲线图2所示的动态电流曲线，可以通过闭环控制器的反馈环节记录并储存下来．这种记录，相当于控制器仅采用比例控制得到的焊接电流变化曲线．考虑到50%导通时与多数实际焊接状态更接近，非线性因素影响较小，因此，控制器记录的典型动态电流特性曲线，取点焊机50%最大电流焊接的数据记录．此数据以数组I(n)的形式供控制计算程序调用．3引入前馈控制的控制方案3．1引入前馈控制的控制器结构基于前面的分析，由于控制节拍时间较长，电阻变化导致的电流变化较大，常规PID控制算法中的积分与微分对提高电流控制精度所起的作用很有限，仅用常规反馈控制算法是无法满足电流控制精度的．本文提出的前馈控制的实质，是利用系统存储的动态电流曲线数据来预测下一节拍的电流变
86大连交通大学学报第39卷化．将此变化量提前一拍提供给主控制器，在计算下一个控制节拍的导通角时，将此变化量考虑进去，从而得到更合理的导通角，进而产生更准确的焊接电流．所以说，即使采用最简单的比例控制算法，只要再增加前馈控制，电流控制精度都会有较大幅度的提高［3］．图3所示为引入前馈控制的电阻点焊机控制器结构图．其中的焊接电流反馈环节包括电流互感器、放大电路和A/D转换器等．而主控制器的输入形式，与传统结构的不同之处在于，主控制器并非按电流误差(ΔI=Ii－If)来控制，而是以给定电流Ii为主，以反馈与前馈为辅来进行控制．这种结构是与本文独特的控制算法相对应的．图3引入前馈控制的控制器结构图3．2控制算法介绍控制器的算法有多种形式，本文针对晶闸管控制导通角的特性，设计了独特的控制算法．控制器的输出电流，是将点焊机的最大电流控制其输出一定比例来得到的，通过晶闸管的导通角来控制．输出电流IO与最大电流Imax的关系满足式(1):IO=∫πθsinxdx∫π0sinxdxImax=1+cosθ2Imax(1)式中的分母积分为半个波的面积，分子积分为导通角θ对应的导通面积．下面分别讨论不同控制方案的导通角计算．(1)开环控制这是许多简易控制器采用的方案．假定点焊机电流最大值Imax为常量，令输出电流IO等于给定电流Ii．用Ii替换式(1)中的IO，得到式(2):Ii=1+cosθ2Imax(2)反解出θ，即可得到导通角θ的计算式(3):θ=arccos2IiImax－()1(3)(2)开环+前馈控制由于在实际工况中Imax并不是常量，因此输出电流误差较大．
【参考文献】：
期刊论文
[1]提高过零点检测精度的方法[J]. 田萍果,毕雪芹. 电子设计工程. 2014(20)
[2]电阻点焊的信号采集及调理电路的设计[J]. 李文俊,李如雄. 科技广场. 2012(03)
硕士论文
[1]低碳钢不等厚多层板点焊熔核形态影响因素的研究[D]. 张龙.吉林大学 2014
[2]基于STM32中频逆变电源点焊控制系统的研究[D]. 缪明学.南昌航空大学 2013
本文编号：3453212
【文章来源】：大连交通大学学报. 2018,39(05)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
低碳钢动态特性曲线
鱅与动态电阻Ｒ的关系为:槡I=P/Ｒ．但实际上会受到各种因素影响导致一定误差．另外，不同焊接对象的动态电流曲线也各不相同，因此很难事先将所有可能遇到的焊接对象的动态电流数据全部搜集计算储存起来．实际上，也完全没必要．我们可以通过焊接电流反馈环节将焊接时的实时电流记录下来，从而得到动态电流曲线．假定某点焊机的最大焊接电流为20kA，如果需要10kA的焊接电流，则可通过调节晶闸管的导通角为90度(50%导通)来得到．如果一直按这个固定的导通角来控制焊接电流，那么实际焊接电流如图2所示．一开始，焊接电流与设定值相等，但随着焊接温度的提高，导致电阻变化，从而导致焊接电流的变化．其变化趋势与图1的动态电阻曲线相对应，并成反比．焊接电流从一开始的约10kA到结束时的约13kA．图2某点焊机的低碳钢动态电流曲线图2所示的动态电流曲线，可以通过闭环控制器的反馈环节记录并储存下来．这种记录，相当于控制器仅采用比例控制得到的焊接电流变化曲线．考虑到50%导通时与多数实际焊接状态更接近，非线性因素影响较小，因此，控制器记录的典型动态电流特性曲线，取点焊机50%最大电流焊接的数据记录．此数据以数组I(n)的形式供控制计算程序调用．3引入前馈控制的控制方案3．1引入前馈控制的控制器结构基于前面的分析，由于控制节拍时间较长，电阻变化导致的电流变化较大，常规PID控制算法中的积分与微分对提高电流控制精度所起的作用很有限，仅用常规反馈控制算法是无法满足电流控制精度的．本文提出的前馈控制的实质，是利用系统存储的动态电流曲线数据来预测下一节拍的电流变
86大连交通大学学报第39卷化．将此变化量提前一拍提供给主控制器，在计算下一个控制节拍的导通角时，将此变化量考虑进去，从而得到更合理的导通角，进而产生更准确的焊接电流．所以说，即使采用最简单的比例控制算法，只要再增加前馈控制，电流控制精度都会有较大幅度的提高［3］．图3所示为引入前馈控制的电阻点焊机控制器结构图．其中的焊接电流反馈环节包括电流互感器、放大电路和A/D转换器等．而主控制器的输入形式，与传统结构的不同之处在于，主控制器并非按电流误差(ΔI=Ii－If)来控制，而是以给定电流Ii为主，以反馈与前馈为辅来进行控制．这种结构是与本文独特的控制算法相对应的．图3引入前馈控制的控制器结构图3．2控制算法介绍控制器的算法有多种形式，本文针对晶闸管控制导通角的特性，设计了独特的控制算法．控制器的输出电流，是将点焊机的最大电流控制其输出一定比例来得到的，通过晶闸管的导通角来控制．输出电流IO与最大电流Imax的关系满足式(1):IO=∫πθsinxdx∫π0sinxdxImax=1+cosθ2Imax(1)式中的分母积分为半个波的面积，分子积分为导通角θ对应的导通面积．下面分别讨论不同控制方案的导通角计算．(1)开环控制这是许多简易控制器采用的方案．假定点焊机电流最大值Imax为常量，令输出电流IO等于给定电流Ii．用Ii替换式(1)中的IO，得到式(2):Ii=1+cosθ2Imax(2)反解出θ，即可得到导通角θ的计算式(3):θ=arccos2IiImax－()1(3)(2)开环+前馈控制由于在实际工况中Imax并不是常量，因此输出电流误差较大．
【参考文献】：
期刊论文
[1]提高过零点检测精度的方法[J]. 田萍果,毕雪芹. 电子设计工程. 2014(20)
[2]电阻点焊的信号采集及调理电路的设计[J]. 李文俊,李如雄. 科技广场. 2012(03)
硕士论文
[1]低碳钢不等厚多层板点焊熔核形态影响因素的研究[D]. 张龙.吉林大学 2014
[2]基于STM32中频逆变电源点焊控制系统的研究[D]. 缪明学.南昌航空大学 2013
本文编号：3453212
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