基于DSP的手弧焊逆变电源外特性控制技术
摘要
弧焊逆变电源的外特性形状不仅影响“电源—电弧”系统的稳定性,还关联着焊接工艺参数的稳定,只有为一定形状的电弧静特性选择适当形状的电源外特性,才能既满足系统的稳定条件又能保证焊接工艺参数稳定。
本文讨论了三种典型的弧焊逆变电源外特性控制方式——模拟控制式、单片机控制式、DSP控制式,同过比较可知DSP控制技术是是实现数字化逆变焊机的关键。
设计了逆变弧焊电源外特性系统的硬件电路,包括电弧电压、电流的反馈采样电路,DSP最小系统。根据手弧焊外特性控制特点对逆变电源采用PI控制策略,建立了控制系统的数字模型,并利用MATLAB的仿真模块对该系统进行仿真,以获得PI控制的最佳控制参数K_p、K_i。在外特性控制系统的软件设计方面,合理选择AD转换通道及转换启动信号,编制PI运算程序,并利用DSP的EPWM模块,得到两路脉宽相同,相位差180°的PWM波形来触发IGBT管导通。
在试验方面,设计了基于SEED-DSK28016开发板、PC机、示波器及波形发生器的试验平台,验证了逆变电源外特性控制系统软件的可行性。
The external characteristic shape of arc welding inverter not only influce the stability of "Power-Arc" system,but also be related to the steady of welding parameter,and only when we choose the proper external characteristic curve for a certain form of arc static character,that can ensure both the stable condition of system and the steady of welding parameter.
This paper discusses three classic external characteristic control modes of arcwelding inverter------analogous control.MCU control,DSP control,and we can drivea conclusion that the DSP control mode is the key element to realize the digitalization of arc welding inverter.
The hardware circuit of arc welding inverter control system has been designed,including the feedback and sample circuit of arc power voltage and current,and DSP minimum system.According to the external character control,we accept PI algorithm as the control strategy,and after establishing the system's controlling model,the simulation of control system has been carried out on Matlab,and the PI's ideal parameters K_p、K_i have been worked out.The system's software includes the A/D conversion program,PID calculation , generating program of PWM signal .
At last,we design a experiment flatform,which is based on PC,oscilloscope , waveform generator,SEED-DSK28016.The experiment proves the feasibility of control software system of arc welding inverter.
本文讨论了三种典型的弧焊逆变电源外特性控制方式——模拟控制式、单片机控制式、DSP控制式,同过比较可知DSP控制技术是是实现数字化逆变焊机的关键。
设计了逆变弧焊电源外特性系统的硬件电路,包括电弧电压、电流的反馈采样电路,DSP最小系统。根据手弧焊外特性控制特点对逆变电源采用PI控制策略,建立了控制系统的数字模型,并利用MATLAB的仿真模块对该系统进行仿真,以获得PI控制的最佳控制参数K_p、K_i。在外特性控制系统的软件设计方面,合理选择AD转换通道及转换启动信号,编制PI运算程序,并利用DSP的EPWM模块,得到两路脉宽相同,相位差180°的PWM波形来触发IGBT管导通。
在试验方面,设计了基于SEED-DSK28016开发板、PC机、示波器及波形发生器的试验平台,验证了逆变电源外特性控制系统软件的可行性。
The external characteristic shape of arc welding inverter not only influce the stability of "Power-Arc" system,but also be related to the steady of welding parameter,and only when we choose the proper external characteristic curve for a certain form of arc static character,that can ensure both the stable condition of system and the steady of welding parameter.
This paper discusses three classic external characteristic control modes of arcwelding inverter------analogous control.MCU control,DSP control,and we can drivea conclusion that the DSP control mode is the key element to realize the digitalization of arc welding inverter.
The hardware circuit of arc welding inverter control system has been designed,including the feedback and sample circuit of arc power voltage and current,and DSP minimum system.According to the external character control,we accept PI algorithm as the control strategy,and after establishing the system's controlling model,the simulation of control system has been carried out on Matlab,and the PI's ideal parameters K_p、K_i have been worked out.The system's software includes the A/D conversion program,PID calculation , generating program of PWM signal .
At last,we design a experiment flatform,which is based on PC,oscilloscope , waveform generator,SEED-DSK28016.The experiment proves the feasibility of control software system of arc welding inverter.
引文
[1]赵家瑞,逆变焊接与切割电源,机械工业出版社,1996
[2]黄石生,逆变理论与弧焊逆变器,北京.机械工业出版社,1995
[3]郑宜庭,弧焊电源(第三版),机械工业出版社,1999.10
[4]韦鲲 魏继昆,80C552单片机控制IGBT逆变焊机的研究,甘肃工业大学学报,1999.3
[5]刘嘉等,电焊机的数字化,焊接学报,2002,1:88-92
[6]Chen S B,Wu L,Wang Q L.Self-learning fuzzy neural networks for control of uncertain systems with time delays,IEEE Trans.Systems Man,and Cybernetics,1997,27(1):142-148
[7]胡小建 李蕴泽,弧焊逆变电源外特性控制策略的研究,安徽省焊接技术交流会论文集,2006
[8]吴开源 李阳等,基于DSP的弧焊逆变电源数字化控制系统,电子设计应用,2002年第11期
[9]合众达电子,SEED DSP+FPGA培训讲义,2007
[10]郭院波,DSP控制数字化CO2弧焊电源的研制,天津大学硕士学位论文,2004年2月
[11]合众达电子,SEED-DSK28016用户指南V1.0,2007
[12]TEXAS INSTRUMENTS,TMS320x280x,2801x,2801x DSPAnalog-to-Digital Converter(ADC)Reference Guide,2005
[13]TEXAS INSTRUMENTS,TMs320x28xx,28xxx Enhanced Pulse Width Modulator (ePWM)Module Reference Guide,2005
[14]刘嘉,弧焊逆变电源的数字化控制,北京工业大学博士学位论文,2002年5月
[15]卢亚静,基于DSP的脉冲MIG焊数字控制系统的研究,天津大学硕士学位论文,2005.2
[16]赵家瑞,董挺,焊接自动控制基础,机械工业出版社,
[17]薛定宇,陈阳泉,基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用,清华大学出版社,2002.4
[18]刘和平,张卫宁等,TMS320C28x系列DSP指令和编程指南,清华大学出版社,2005.3
[19]彭启琮,管庆等,DSP集成开发环境——CCS及DSP/BIOS的原理与应用,2004.7
[20]邬可军,朱铭锆等,DSP实时多任务操作系统设计与实现,电子工业出版社,2005.11
[21]黄石生,弧焊电源及其数字化控制,机械工业出版社,2006.10
[22]王晓明,王玲,电动机的DSP控制——TI公司DSP应用,2004.7
[23]刘和平,邓力等,数字信号处理器原理、结构及其应用基础——TMS320F28x,机械工业出版社,2007.3
[24]汪安民,程昱,DSP应用开发实用子程序,人民邮电出版社,2005.9
[25]谭浩强,C程序设计(第二版),清华大学出版社,1999.12
[26]陶永华,新型PID控制及其应用,机械工业出版社,2005
[27]于成奎,基于DSP的晶闸管弧焊电源控制系统研究,武汉理工大学硕士学位论文,2006.12
[28]李芳,全数字IGBT逆变脉冲MIG/MAG焊接电源的研究,兰州理工大学,硕士学位论文,2004.4
[29]AFG3000系列任意波形/函数发生器快速入门用户手册,Tektronix
[30]Tektronix,ArbExpress AXW100 Waveform Creation and Editing Tool for Tektronix AWG/AFG Version 2.0,ArbExpress Online Help,July 2005
[31]欧阳长莲,严仰光,应用“软开关-PWM”技术的逆变式弧焊机的研究,电焊机,Vol.28.1998(6):23-25
[32]吴宪平,洪波,IGBT式手弧焊机及其性能的研究,湘潭大学自然科学学报,第18卷第14期,1996年12月
[2]黄石生,逆变理论与弧焊逆变器,北京.机械工业出版社,1995
[3]郑宜庭,弧焊电源(第三版),机械工业出版社,1999.10
[4]韦鲲 魏继昆,80C552单片机控制IGBT逆变焊机的研究,甘肃工业大学学报,1999.3
[5]刘嘉等,电焊机的数字化,焊接学报,2002,1:88-92
[6]Chen S B,Wu L,Wang Q L.Self-learning fuzzy neural networks for control of uncertain systems with time delays,IEEE Trans.Systems Man,and Cybernetics,1997,27(1):142-148
[7]胡小建 李蕴泽,弧焊逆变电源外特性控制策略的研究,安徽省焊接技术交流会论文集,2006
[8]吴开源 李阳等,基于DSP的弧焊逆变电源数字化控制系统,电子设计应用,2002年第11期
[9]合众达电子,SEED DSP+FPGA培训讲义,2007
[10]郭院波,DSP控制数字化CO2弧焊电源的研制,天津大学硕士学位论文,2004年2月
[11]合众达电子,SEED-DSK28016用户指南V1.0,2007
[12]TEXAS INSTRUMENTS,TMS320x280x,2801x,2801x DSPAnalog-to-Digital Converter(ADC)Reference Guide,2005
[13]TEXAS INSTRUMENTS,TMs320x28xx,28xxx Enhanced Pulse Width Modulator (ePWM)Module Reference Guide,2005
[14]刘嘉,弧焊逆变电源的数字化控制,北京工业大学博士学位论文,2002年5月
[15]卢亚静,基于DSP的脉冲MIG焊数字控制系统的研究,天津大学硕士学位论文,2005.2
[16]赵家瑞,董挺,焊接自动控制基础,机械工业出版社,
[17]薛定宇,陈阳泉,基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用,清华大学出版社,2002.4
[18]刘和平,张卫宁等,TMS320C28x系列DSP指令和编程指南,清华大学出版社,2005.3
[19]彭启琮,管庆等,DSP集成开发环境——CCS及DSP/BIOS的原理与应用,2004.7
[20]邬可军,朱铭锆等,DSP实时多任务操作系统设计与实现,电子工业出版社,2005.11
[21]黄石生,弧焊电源及其数字化控制,机械工业出版社,2006.10
[22]王晓明,王玲,电动机的DSP控制——TI公司DSP应用,2004.7
[23]刘和平,邓力等,数字信号处理器原理、结构及其应用基础——TMS320F28x,机械工业出版社,2007.3
[24]汪安民,程昱,DSP应用开发实用子程序,人民邮电出版社,2005.9
[25]谭浩强,C程序设计(第二版),清华大学出版社,1999.12
[26]陶永华,新型PID控制及其应用,机械工业出版社,2005
[27]于成奎,基于DSP的晶闸管弧焊电源控制系统研究,武汉理工大学硕士学位论文,2006.12
[28]李芳,全数字IGBT逆变脉冲MIG/MAG焊接电源的研究,兰州理工大学,硕士学位论文,2004.4
[29]AFG3000系列任意波形/函数发生器快速入门用户手册,Tektronix
[30]Tektronix,ArbExpress AXW100 Waveform Creation and Editing Tool for Tektronix AWG/AFG Version 2.0,ArbExpress Online Help,July 2005
[31]欧阳长莲,严仰光,应用“软开关-PWM”技术的逆变式弧焊机的研究,电焊机,Vol.28.1998(6):23-25
[32]吴宪平,洪波,IGBT式手弧焊机及其性能的研究,湘潭大学自然科学学报,第18卷第14期,1996年12月