逆变弧焊电源控制系统设计与建模

发布时间：2017-10-29 18:15

  本文关键词：逆变弧焊电源控制系统设计与建模

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【摘要】：数字化逆变弧焊电源具有能够柔性化控制、控制精度高、稳定性强、一致性好、通用性强等优点,近年来成为弧焊电源的主要发展方向。针对数字化逆变弧焊电源,性能良好的控制方案设计是弧焊电源稳定、可靠工作的关键。通过比较与改进传统控制策略,本文提出了一种带电流前馈环节的峰值电流电压双闭环控制方案,并对电源系统硬件和软件进行设计,通过仿真及实验证明了本文提出的控制方案的有效性。本文的主要研究内容如下：(1)提出了一种带电流前馈环节的峰值电流电压双闭环控制方案。电源空载状态时,输出电流为零,电流外环迅速饱和至限幅值,电压内环调节得到恒压控制；电源开始引弧后,电流外环逐渐退出饱和,内外环共同调节使输出得到恒流控制。之后在考虑非理想情况下对系统建模,说明考虑非理想因素的必要性,及电流前馈补偿能够提高系统的响应速度。(2)电源系统整体设计分为硬件和软件设计两个方面。硬件设计中主电路主要包括逆变电路拓扑选择、大功率高频变压器设计、输出滤波电感设计。控制电路主要对信号采样调理电路、IGBT驱动电路、保护电路的硬件进行设计。本文的软件控制核心是DSP芯片TMS320F28335,重点讲述和分析设计各模块的配置和控制流程图。(3)在Matlab仿真环境下建立数字化逆变弧焊电源的系统模型,通过仿真和实验分析验证了本文提出的控制策略的有效性,该控制方案能够及时调节变压器原边过电流、快速响应系统不同状态间的切换、对负载变化具有很强的适应性,并保证电源稳态工作时与给定无误差。其适用于对输出电流的调节速度和控制精度有较高要求的场合。
【关键词】：逆变弧焊电源 峰值电流电压双闭环控制 数学建模 TMS320F28335
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG434.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 弧焊电源发展及现状10-12
• 1.2.1 弧焊电源的发展历程10-11
• 1.2.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 全数字化逆变弧焊电源简述12-15
• 1.3.1 数字化逆变弧焊电源优点13
• 1.3.2 数字化逆变弧焊电源控制现状13-14
• 1.3.3 数字化逆变弧焊电源的发展趋势14-15
• 1.4 本文研究内容及章节安排15-17
• 2 逆变弧焊电源控制方案设计及数学建模17-38
• 2.1 逆变弧焊电源工作原理及外特性分析17-18
• 2.1.1 逆变弧焊电源工作原理17-18
• 2.1.2 逆变弧焊电源外特性分析18
• 2.2 逆变弧焊电源控制系统方案设计18-26
• 2.2.1 电源主电路电流特点18-20
• 2.2.2 峰值电流模式闭环控制策略研究20-21
• 2.2.3 电流内环的斜坡补偿21-23
• 2.2.4 带前馈补偿的的电流电压双闭环控制策略23-24
• 2.2.5 电流控制器参数设计24-26
• 2.3 逆变弧焊电源非理想情况下系统建模26-34
• 2.3.1 非理想Buck变换器小信号建模26-30
• 2.3.2 峰值电流控制环路的小信号建模30-31
• 2.3.3 电源控制信号处理延时31-32
• 2.3.4 逆变弧焊电源的闭环控制32-34
• 2.4 逆变弧焊电源闭环系统的性能分析34-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 逆变弧焊电源硬件设计38-46
• 3.1 硬件整体方案设计38
• 3.2 主电路系统硬件设计38-42
• 3.2.1 逆变电路选择39-40
• 3.2.2 大功率高频变压器设计40-41
• 3.2.3 输出滤波电感设计41-42
• 3.3 控制电路系统硬件设计42-45
• 3.3.1 采样调理电路设计42-44
• 3.3.2 IGBT驱动电路设计44
• 3.3.3 保护电路硬件设计44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 逆变弧焊电源控制系统软件设计46-54
• 4.1 主控芯片与开发环境介绍46-48
• 4.1.1 TMS320F28335主控芯片介绍46
• 4.1.2 软件开发环境介绍46-48
• 4.2 峰值电流电压双闭环控制系统软件设计48-52
• 4.2.1 控制系统主程序设计48
• 4.2.2 各模块初始化配置48-49
• 4.2.3 AD采样与滤波软件实现49-50
• 4.2.4 电流电压PI控制软件实现50-51
• 4.2.5 PWM脉冲波形产生软件实现51-52
• 4.3 中断保护软件设计52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 仿真及实验结果分析54-61
• 5.1 Matlab仿真54-58
• 5.1.1 Matlab/Simulink控制系统建模54-56
• 5.1.2 仿真结果分析56-58
• 5.2 实验分析58-60
• 5.3 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-65
• 附录A 实验测试65-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

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本文编号：1114111