基于单片机控制的TIG弧长跟踪系统研究

发布时间：2017-08-14 18:12

  本文关键词：基于单片机控制的TIG弧长跟踪系统研究

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【摘要】：TIG焊由于其焊接质量好,焊缝成型美观等优点广泛应用于化工、能源设备、船舶、轨道交通、航空航天等高精尖制造领域。在焊接过程中,电弧长度的变化会导致工件出现未熔合或焊穿现象,为保证焊接质量,需要引入TIG弧长跟踪系统。在查阅弧长控制资料的基础上,分析了TIG弧长控制存在的问题,现有TIG弧长跟踪系统中存在高频高压的干扰和动态响应速度慢以及成本较高的问题,提出了以单片机为控制核心,设计新型的TIG弧长跟踪系统解决这些问题的方案,并对该方案开展了系统设计与相关试验工作。(1)通过焊接试验,测试了不同焊接工艺下弧压、电流和弧长参数,绘制了弧压、电流和弧长3者关系曲线,分析了三者的关系。(2)利用已应用于市场的TIG焊弧长跟踪器,通过试验测试了其跟踪精度和动态响应速度,并查阅相关文献确定了新系统设计的目标。(3) STC12C5A60S2单片机为控制核心,设计了弧压采样电路、电流采样电路、单片机检测与控制小系统和弧长调节电机驱动电路等弧长跟踪控制系统硬件。(4)在硬件设计基础上编制了弧长控制软件,包括弧压、电流和弧压设定值的采集程序,弧长控制算法程序以及PWM控制信号生成程序。在设计制作的基础上,进行了弧长跟踪试验,确定了基于比例+微分调节的弧长控制算法的相关控制参数,通过焊接试验表明：(1)单片机PWM控制信号频率影响直流电机的带载能力、跟踪精度和动态响应速度,带载能力与动态响应速度之间存在矛盾,不可同时提高,经反复调试确定了最佳PWM控制信号频率；(2)采用所设计采样电路在TIG焊引弧时能有效保护后级电路,在焊机的整个运行过程中,起弧,正常焊接和断弧都能够正常工作；(3)系统能很好的实现TIG焊的弧长跟踪,动态响应度快、调节精度高,且系统成本低、工作性能稳定可靠。
【关键词】：TIG焊 弧长跟踪 弧长控制算法 高频高压 动态响应
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG409
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 TIG焊接简介11-16
• 1.2.1 TIG焊接原理及特点11-13
• 1.2.2 TIG焊工艺规范简介13-14
• 1.2.3 TIG焊的发展14-16
• 1.3 弧长跟踪系统研究现状16-20
• 1.3.1 熔化极电弧焊弧长控制系统研究现状16-17
• 1.3.2 非熔化极电弧焊弧长跟踪系统研究现状17-20
• 1.4 本课题的主要研究内容20-21
• 第2章 弧长跟踪系统硬件设计21-35
• 2.1 电弧电压-电流-弧长关系测试与分析21-22
• 2.2 某市售弧长跟踪器性能测试22-24
• 2.3 系统硬件设计24-29
• 2.3.1 系统总体框架结构24-25
• 2.3.2 基于单片机的弧压信号采集和处理电路25-29
• 2.4 弧长跟踪系统执行机构及驱动电路设计29-33
• 2.4.1 执行机构设计29-30
• 2.4.2 电机驱动电路设计30-33
• 2.5 供电模块设计33-34
• 本章小结34-35
• 第3章 弧长跟踪系统软件设计35-45
• 3.1 系统软件工作原理35
• 3.2 单片机A/D转换35-38
• 3.3 弧长控制算法设计38-41
• 3.4 PWM控制信号生成41-44
• 3.4.1 PCA可编程计数阵列41-43
• 3.4.2 PWM信号生成程序设计43-44
• 本章小结44-45
• 第4章 弧长跟踪系统调试与分析45-52
• 4.1 高频高压引弧及交流弧压采集试验45-46
• 4.2 直流电机频率试验46-47
• 4.3 PID控制参数确定47-51
• 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：673997