基于触摸屏控制的中频逆变式焊接电源系统研究

发布时间：2017-05-15 07:02

  本文关键词：基于触摸屏控制的中频逆变式焊接电源系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电阻逆变焊接技术在工业生产中占有重要的地位。近年来,随着电力电子新技术和现代控制理论的不断发展,以及新材料的竞相涌现,逆变式焊接电源逐渐向着数字化、多功能化和高精度化方向发展。针对国内逆变式焊接电源焊接参数设置繁琐,控制精度不高,智能化程度低以及主电路中均压电阻发热量大、寿命短等问题,本文提出了一种“基于触摸屏控制的中频逆变式焊接电源系统”。该系统是以工业触摸屏作为上位机,中频逆变式焊接电源作为下位机,通过一个触摸屏可以群控多台焊接电源设备。在中频逆变式焊接电源设计中,采用DSP和MCU组成的双控制芯片来设计数字化控制电路,充分地发挥了DSP强大的数据快速处理能力以及单片机控制能力强的优势。在中频逆变式焊接电源主电路中,首先介绍了IGBT两端尖峰电压脉冲产生的机理,并探寻降低尖峰电压的措施,包括主电路采用叠层母排结构以及在电路中添加缓冲回路。然后,在MATLAB环境下搭建逆变电路模型,并且对论文给出的措施进行实验仿真。在控制电路中,介绍了由DSP和MCU组成的控制系统硬件电路。首先设计了一款多路输出的反激稳压开关电源,然后设计了A/D采样电路、过压保护电路、电容端电压检测控制电路、缺相保护电路、三相半控整流桥触发电路以及IGBT驱动电路等功能电路。在焊接电源的软件控制策略上,采用了模块化程序设计思路,重点设计了A/D采样子程序、PWM控制子程序以及恒流控制算法。最后,基于触摸屏上位机的开发,给出了触摸屏软件界面的编写过程。通过实验测试得出,设计的基于触摸屏控制的中频逆变式焊接电源系统较好地解决了一些技术问题。主电路采用叠层母排结构并且添加放电阻止型RCD缓冲回路,有效地降低了IGBT两端的尖峰电压。电容端电压检测控制电路的引入,避免了均压电阻一直处于耗流状态,既节能,又增强了电源系统的热稳定性。在恒流控制算法中,创新地采用了带死区的积分分离式数字PID控制算法,显著提高了焊接过程中的实时控制能力。触摸屏作为上位机群控多台焊接电源,彻底解决了焊接电源繁琐的参数设置过程。
【关键词】：触摸屏 逆变焊接电源 DSP IGBT 尖峰电压 均压电阻
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TN86
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-18
• 1.1 研究背景14
• 1.2 逆变式焊接电源国内外发展现状14-16
• 1.3 课题研究目的与意义16
• 1.4 论文主要内容及结构16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 2 中频逆变式焊接电源主电路18-30
• 2.1 主电路硬件结构18-19
• 2.2 功率开关器件IGBT19-21
• 2.2.1 IGBT工作原理19-20
• 2.2.2 基本参数20-21
• 2.2.3 逆变电路IGBT选型21
• 2.3 抑制尖峰电压措施21-28
• 2.3.1 降低主电路杂散电感21-22
• 2.3.2 添加IGBT缓冲回路22-25
• 2.3.3 缓冲回路仿真分析25-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 中频逆变式焊接电源控制电路30-52
• 3.1 控制电路系统框图30-31
• 3.2 设计反激稳压开关电源31-35
• 3.2.1 AC/DC变换电路31-32
• 3.2.2 高频变压器设计32-34
• 3.2.3 反馈控制网络34-35
• 3.3 DSP最小系统35-38
• 3.3.1 DSP芯片TMS320F2833535-36
• 3.3.2 DSP最小系统电路36-38
• 3.4 A/D采样电路38-40
• 3.4.1 电压采样电路39
• 3.4.2 电流采样电路39-40
• 3.5 过压欠压保护电路40-41
• 3.6 电容端电压检测控制电路41-42
• 3.7 缺相保护电路42-43
• 3.8 脚踏开关电路43-44
• 3.9 气阀电路44
• 3.10 三相半控整流桥触发电路44-45
• 3.11 IGBT驱动电路45-48
• 3.12 人机接口模块48-50
• 3.12.1 液晶显示电路48-49
• 3.12.2 数字旋转编码开关电路49-50
• 3.13 硬件抗干扰设计50
• 3.14 本章小结50-52
• 4 中频逆变式焊接电源软件控制策略52-58
• 4.1 软件控制策略52
• 4.2 主程序焊接过程52-54
• 4.3 A/D采样子程序54
• 4.4 PWM控制子程序54
• 4.5 恒流控制算法54-56
• 4.6 软件抗干扰设计56
• 4.7 本章小结56-58
• 5 触摸屏人机交换系统58-70
• 5.1 触摸屏介绍58-59
• 5.1.1 触摸屏工作原理58
• 5.1.2 触摸屏特点58-59
• 5.2 触摸屏界面编辑59-62
• 5.2.1 触摸屏界面编写59-60
• 5.2.2 触摸屏程序编写60-62
• 5.3 触摸屏与焊接电源通讯连接图62-63
• 5.4 触摸屏与焊接电源通讯过程63-69
• 5.4.1 通讯协议63-64
• 5.4.2 通讯过程64-69
• 5.5 本章小结69-70
• 6 样机测试与结果分析70-76
• 6.1 搭建实验平台70-71
• 6.2 测试71-75
• 6.2.1 反激稳压开关电源测试71-72
• 6.2.2 尖峰电压测试72-74
• 6.2.3 整机系统测试74-75
• 6.3 本章小结75-76
• 7 总结与展望76-78
• 7.1 总结76-77
• 7.2 展望77-78
• 参考文献78-80
• 附录A IGBT缓冲回路及中频变压器80-81
• 附录B 中频逆变式焊接电源控制电路实物81-82
• 附录C 大电流检测仪及调压器82-84
• 致谢84-85
• 作者简介及研究成果85

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