基于DSP的脉冲MIG焊控制系统

发布时间：2017-09-04 07:28

  本文关键词：基于DSP的脉冲MIG焊控制系统

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【摘要】：数字化脉冲MIG焊机是将数字信号处理技术和与传统的MIG焊弧焊工艺相结合所设计研发的智能化新型焊机。由于运用了数字信号处理技术,数字化脉冲MIG焊接电源较传统的焊接电源来说其功能更加强大,控制精度更高,控制参数稳定性更好,性能更加稳定,工艺稳定性和工艺效果更好。近年来随着对焊接产品要求的提高,这种新型焊机已逐渐替代传统弧焊电源被广泛的应用于工业生产中。本文在总结了国内外数字化脉冲MIG焊接电源的基础上,设计了数字式一元化脉冲MIG焊机的数字化控制系统。本文设计的数字控制系统以DSP为核心、DSP+MCU双核控制,包括硬件电路及软件编程系统,通过软硬件的结合控制以达到对焊机输出特性的控制,实现焊机的精密控制。本文设计双核控制系统,DSP作为主控芯片,主要负责焊接过程中的参数数据采样、数字PWM信号输出、实现控制算法以及控制电源系统的输出特性;MCU作为人机交互系统,主要负责焊接参数预置、双机数据通信、电源状态监测等。首先,本文介绍了数字控制系统的硬件组成电路,主要包括DSP+MCU双核控制系统、IGBT驱动系统以及送丝送气系统。DSP+MCU双核控制系统包括DSP控制系统和单片机人机交互系统,其中DSP控制系统以芯片TMS320F2812为控制核心,负责整个焊接过程控制,其硬件电路包括DSP最小系统、电流电压采样电路、故障保护电路等;单片机STC89C58RD+作为人机交互系统的主控芯片,主要负责焊接参数的预置,硬件电路由参数选择电路、MAX7219显示电路、编码器调节电路以及通信电路等组成。驱动系统设计以光耦HCPL-316J为核心的数字驱动电路,主要负责对DSP输出PWM信号进行放大输出符合要求的驱动波形,控制全桥IGBT的导通,并使主电路与控制电路隔离,控制焊机输出。其次,对控制系统软件编程做了介绍。软件程序主要包括DSP程序和MCU程序,均采用模块化C语言编程,分别给出了对应的主程序及各个子程序的程序流程图。其中,DSP程序负责控制焊机输出,控制程序包括DSP主程序、PWM信号输出程序、PI控制子程序、A/D转换程序、弧长控制子程序、脉冲输出控制程序以及中断服务程序的设计;MCU负责参数预置,控制软件程序包括MCU主程序、编码器鉴相程序、掉电保存程序、一元化焊接参数数据库存储程序及双机通信协议的设定。最后,根据设计要求制作了控制系统硬件电路,编写了软件程序,并分别对各个模块进行了单独调试,包括人机交互系统调试、数字PWM测试、保护电路测试以及驱动波形的测试。单独测得各个模块信号无误后,组装样机,对样机进行了调试,包括空载电压测试、采样电路调试、PI参数整定、外特性测试及焊机脉冲输出测试,测试焊机各项输出参数。实验证明本文设计的一元化脉冲MIG焊数字化控制系统能够实现焊机的多功能全数字化控制,并且控制系统稳定,性能可靠,控制精度高。
【关键词】：数字化 DSP 脉冲MIG 双核控制
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG434.5
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 数字化弧焊电源12-13
• 1.1.1 数字化焊接电源12-13
• 1.1.2 DSP在控制系统中的应用与发展13
• 1.2 数字化弧焊电源的国内外研究现状13-14
• 1.2.1 数字化弧焊电源国外研究现状13-14
• 1.2.2 数字化弧焊电源国内研究现状14
• 1.3 课题研究目标和内容14-16
• 第2章 数字控制系统硬件电路设计16-34
• 2.1 主电路的分析与设计16-17
• 2.2 DSP+MCU双核控制系统17-28
• 2.2.1 DSP主控电路设计17-25
• 2.2.2 MCU人机交互系统硬件平台25-27
• 2.2.3 双机通信电路27-28
• 2.3 驱动电路的分析与设计28-31
• 2.3.1 IGBT驱动电路的设计要求和分类28-29
• 2.3.2 光耦HCPL-316J驱动电路29-31
• 2.4 送丝驱动电路31-32
• 2.5 气阀驱动电路32-33
• 2.6 硬件抗干扰设计33
• 2.7 本章小结33-34
• 第3章 控制系统软件设计及编程34-47
• 3.1 DSP控制程序34-42
• 3.1.1 DSP开发环境34-35
• 3.1.2 DSP主程序35-37
• 3.1.3 PWM输出程序37
• 3.1.4 PI控制程序37-39
• 3.1.5 A/D转换程序39-40
• 3.1.6 弧长控制程序40
• 3.1.7 脉冲输出控制程序40-42
• 3.1.8 中断程序设计42
• 3.2 MCU控制程序42-45
• 3.2.1 MCU主程序42-43
• 3.2.2 一元化专家数据库存储调用程序43-45
• 3.2.3 编码器鉴相程序45
• 3.3 双机通信协议45-46
• 3.4 软件抗干扰设计46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 控制系统调试47-58
• 4.1 单独模块调试47-51
• 4.1.1 MCU人机交互系统调试47-48
• 4.1.2 数字PWM信号测试48-49
• 4.1.3 保护电路调试49
• 4.1.4 送丝PWM信号测试49-50
• 4.1.5 驱动电路测试50-51
• 4.2 联机调试51-56
• 4.2.1 空载电压测试51-52
• 4.2.2 采样测试52-54
• 4.2.3 PI参数调节54
• 4.2.4 电源外特性测试54-56
• 4.2.5 脉冲输出测试56
• 4.3 系统完善建议56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63
• 附录A 攻读学位期间发表的论文63

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本文编号：790159