基于自动化控制的熔化极惰性气体保护焊焊接电源设计及实验测试

为实现焊接电流波形和电弧电压的精确有效控制,将DSC系统和FPGA系统用于熔化极惰性气体保护焊焊接电源的硬件和软件设计中,分别用于实现模糊控制电弧电压和变参数PI控制电流波形。通过实际测试表明,采用该控制系统进行实际焊接具有焊接过渡平稳、焊接质量较高及焊缝表面光洁度好等特点,并且实现了电流波形和电弧电压的稳定控制,从而为全数字化熔化极惰性气体保护焊焊接电源控制系统的设计与开发提供了参考。     

DSP+MCU数字控制脉冲GMAW铝合金焊机研究

铝合金在工业中的广泛应用促进了铝合金脉冲GMAW焊接工艺及焊接设备的大发展,数字化技术为研发适合高效焊接铝合金工艺新电源提供了契机。文中基于数字信号处理器(DSP)和MCU双核数字控制,研制了数字化脉冲GMAW铝合金焊机。基于模块化设计思想,DSP主要处理焊接过程信号和焊接输出波形控制,MCU主要处理人机交互信息,双核之间采用通讯方式进行信息交互。设计的数字化控制电源具有焊接电源输出波形控制、熔滴过渡控制、电弧性能控制、专家系统等功能,适合各种铝合金不同场合的应用。焊接试验结果表明,焊接工艺性能良好,焊缝成形均匀一致,建立的焊接电源数字控制平台可用于铝合金焊接工艺的研究。     

推拉送丝焊接设备及工艺

构建了由焊接主电源、控制系统、送丝系统三部分组成的推拉送丝焊接系统。焊接主电源采用全桥逆变技术,控制系统以高性能数字信号控制器dsPIC6011为控制核心,送丝系统的电机采用了交流伺服永磁同步电机。设计了特定的电流输出和焊丝运动波形控制方案,通过两者协同工作来实现稳定的焊接过程;通过焊接实验研究了燃弧初期电流值和其保持时间不同数值间匹配下对焊接过程能量输入和焊丝熔化速度的影响规律,表明本系统可应用于薄板焊接。     

基于NiosⅡ控制的钨极氩弧焊送丝机控制系统设计

基于Nios Ⅱ嵌入式处理器控制模块,设计了GTAW(钨极氩弧焊)脉动送丝机数字化控制系统.该送丝控制系统利用FPGA的波形模块对直流伺服电动机进行运动控制,实现了对GTAW焊接送丝模式的数字化控制.该送丝控制系统与焊接电源控制系统共用同一个NiosⅡ嵌入式处理器控制模块,直接获取焊接脉冲电弧的电流参数,使得脉冲焊接电流与脉动送丝完全同步,实现了GTAW的精密焊接.     

铝镁合金的数字化弧焊电源及专家数据库

研制了铝镁合金数字化弧焊电源,搭建了基于DSP和ARM的控制系统和人机交互系统,分析了数字化焊机系统和双脉冲控制流程,通过大量的大步距标定工艺试验研究,使得建立数字化双脉冲焊铝的专家数据库简明模块化.对矩形波、梯形波的双脉冲焊铝进行了不同电流下的焊接试验,由焊接波形与焊缝成形可知,焊接电流波形规整稳定,无断弧现象发生,飞溅少,焊缝呈美观、清晰的鱼鳞纹,通过调节低频调制频率来改变鱼鳞纹的宽度,达到了预设的成形要求.     

轿车车身螺柱焊接过程的控制系统

通过对轿车车身昆柱焊接过程的分析，建立了以８０３１单片机为核心的轿车车身螺柱焊接的过程控制系统。本系统与波形控制的焊接电源相联接，实现了焊接过程与焊接替代规范参数的合理匹配。通过键盘一显示系统。实现了焊接参数的自由输入和焊接信息显示。     

基于DSP的GMAW-P焊数字化控制系统

针对GMAW-P焊的脉冲波形调制,采用16位定点数字信号处理器TMS320LF2407A建立了基于DSP的GMAW-P焊数字化控制系统.利用DSP内部集成的PWM产生模块,通过选择合适的工作方式实现了PWM信号的直接数字化控制,从而实现了GMAW-P焊高频逆变和低频脉冲波形调制,提高了控制系统的工作稳定性和可靠性,阐述了控制系统的软件设计.结果表明,所设计的数字化控制系统能实现良好的GMAW-P焊接工艺,焊接过程稳定,获得的焊缝质量好,成形美观,充分显示了DSP数字化控制的优点.     

基于SiC模块的脉冲变极性焊接电源研制

SiC功率器件具备开关速度快、开关损耗低、导通损耗小等优点,有利于进一步提升焊接电源的逆变频率、响应速度,实现电弧能量的精密化控制. 设计了一套脉冲变极性逆变焊接电源,主电路采用双逆变结构,前级高频逆变电路采用SiC模块,后级低频调制逆变电路采用绝缘栅双极型晶体管 IGBT模块;设计了SiC模块驱动电路,实现了快速短路保护及米勒钳位;设计了基于ARM的全数字化控制系统,实现了PWM (pulse width modulation)以及输出电流波形的数字化控制.研制的脉冲变极性焊接电源逆变频率达到100 kHz,额定输出电流为500 A,可实现规整的脉冲变极性波形输出.结果表明,研制的基于SiC模块的脉冲变极性焊接电源能够实现稳定的焊接流程,可通过波形参数的调整有效控制焊接热输入量,获得良好的镁合金焊缝成形.     

CO2焊接过程熔滴过渡频率的Fuzzy/PID控制

在单片机控制ＩＧＢＴ逆变电源的基础上,建立ＣＯ２焊接过程熔滴过渡频率的Ｆｕｚｚｙ／ＰＩＤ控制系统,并对其系统结构、控制原理和控制算法进行了描述。本系统通过调节波形参数从而改变燃弧时间来控制熔滴守渡的频率,当熔滴过渡频率的误差较大时,采用Ｆｕｚｚｙ控制方法,而在误差较小时采用控制方法。本系统还在Ｆｕｚｚｙ控制过程中引入了控制参数自学习功能,保证了不同焊接规范时控制系统的动态响应和静态精度。焊接试验表     

铝合金双脉冲MIG焊控制系统设计与工艺研究

针对铝合金焊接性差的缺点,以TMS320LF2407A芯片为控制核心,从硬件电路、控制思想、软件抗干扰、起弧波形等方面进行了铝合金双脉冲MIG焊控制系统设计.试验结果表明,该控制系统波形控制稳定一致性好,自行设计的大能量起弧波形控制程序起弧可靠、效果良好;同时熔池搅拌能有效减少气孔等缺陷的发生几率,可获得美观的鱼鳞纹焊缝;在一定范围内,焊缝外观与焊接速度直接相关,随着焊接速度的提高,焊缝的鱼鳞状波纹明显增大,成形宽度明显减小;增加焊接电源的能量密度是提高焊接接头性能的有效途径.     

Digital control system for pulsed MIG welding power based on STM32

Digital control system for pulsed MIG welding power based on STM32 is set up with 32-bit STM32F103ZET6 directing against the pulse waveform modulation of pulsed MIG welding. High-frequency inverter and medium-low frequency pulse waveform modulation of pulsed MIG welding are realized by using the integrated PWM module within STM32 to generate PWM signals of phase-shifted full-bridge soft-switching and constant-current control of output current is achieved by means of anti-windup PI control algorithm to improve the stability and reliability of control system. Experimental results demonstrate that the designed digital control system based on STM32 can achieve perfect pulsed MIG welding technique with stable welding process and good weld appearance, fully demonstrating the advantages of digital control based on STM32.     

基于ADSP-21990的数字焊接电源研制

介绍ADSP-21990芯片的基本结构和功能,设计并实现数字电源的整体结构和控制系统结构．并根据脉冲MIG焊接工艺特点编制控制程序．实现了基于ADSP-21990的数字焊接电源实验结果表明：基于ADSP-21990的数字焊接电源取得了较好的动态性能,获得了较好控制效果．为控制策略的最优化和智能化提供了良好的平台。     

弧焊机器人波控CO2逆变电源的设计及研制

为了满足弧焊机器人波控CO2高速焊的要求,研制了一种智能控制波控CO2焊系统,利用波控逆变电源控制参数多、可控的特点,解决了CO2焊过程飞溅大、焊缝成形差的缺点,在中薄板高速焊中,使焊接速度达到1．5m／min,提高了CO2焊接系统的工艺性能。     

数字化推拉送丝CO_2焊接系统

采用以DSP(数字信号处理器)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)为控制核心的数字化电源平台,结合转动惯量小、响应速度快、送丝稳定的交流伺服电机推拉送丝部分,研制了数字化推拉送丝CO2焊接系统.以缓冲器为桥梁,设计了将交流伺服推拉丝与带编码器速度反馈的等速送丝融为一体的双电机推拉送丝系统.根据推拉送丝CO2焊接过程的特点,设计了焊丝的运动曲线,并提出了与焊丝运动相对应的电流、电压波形控制方案.通过软件编程的方式实现了推拉送丝CO2焊接工艺.整个熔滴过程均匀一致,焊接飞溅小,焊接热输入量小.     

精密逆变缝焊电源的研制

电阻缝焊在器件封装等应用中要求电源具有较高的精密性.针对精密电阻缝焊的要求,研制了逆变电阻缝焊电源,文中简要介绍了电源主电路、控制电路的构成和系统控制软件结构,介绍了适应于精密焊接的波形设计,给出了实际波形测试结果.结果表明,电源的波形设定灵活,电流、时间等参数控制准确,能够满足精密焊接的需要.实际用于晶振等器件的平行缝焊封装,表明该电源能满足高质量的焊接要求,是一种理想的精密缝焊电源.

Abstract：

A new type of inverter of resistance seam welding power supply was developed for precision welding in device packaging. The main power circuit, control circuit and control software are briefly introduced, and the special current waveform designed for precision welding is introduced in detail. Experiments show that the current waveform can be set flexibly and the parameters such as currem and time can be controlled accurately. The actual use for parallel seam welding of crystal oscillator shows that the power source can meet the requirements of high-quality welding, which is an ideal precision seam welding power source for fine scale parts.     

波形控制逆变CO2瓣接电源的可靠性研究

针对采用电流波形控制的IGBT逆变CO2焊接电源的可靠性问题，从电源的主电路、控制电路、短路状态检测以及软件设计等方面进行了探讨和研究。试验研究表明，所提出的解决措施，使波形控制电源的综合性能得到明显改善和提高。焊接过程飞溅进一步降低。     

基于混合信号FPGA的脉冲MIG焊接电源数字控制系统

针对脉冲MIG焊中采用模拟电路控制方法时可靠性差、精度低、灵活性差、部分工艺区间的工艺效果不理想等缺点,设计了基于混合信号FPGA的数字控制系统,采用变基值时间的弧长控制策略,实现了脉冲电流的输出与焊接孤长的稳定控制.焊接结果表明,所设计的基于混合信号FPGA的脉冲MIG焊接电源系统动态响应快、可靠性高,焊接过程弧长稳定,焊缝质量较高.     

基于复合控制数字化弧焊逆变电源的仿真分析

在分析了传统控制方法优缺点的基础上,提出了一种基于重复控制和双闭环控制相结合的复合控制弧焊数字化逆变电源控制方案.重复控制利用扰动的重复性特点,逐周期地修正输出电压可以较好地改善系统的稳态特性,双闭环控制利用电流内环快速、及时的抗扰性来有效地抑制负载扰动的影响,可以较好地改善系统的动态特性.在对弧焊的飞溅及焊缝成形影响因素分析的基础上,利用复合控制的数字化系统,在短路阶段通过实时调整di/dt及峰值电流,短路电流采用适当的外拖回拐量,在燃弧阶段,保持燃弧电压稳定的同时,提高再引弧电流,以改善焊接工艺性能.结果分析表明,采用该方式控制的焊接电源,可以减少飞溅,使焊接过程稳定,焊缝成形变好.     

基于DSP的脉冲MIG焊数字控制系统的建模与仿真

为实现一脉一滴熔滴过渡,采用了双阶梯外特性和脉冲MIG焊电参数控制策略.构建了基于DSP(digital signal processor)的脉冲MIG焊数字控制系统模型.建立了控制系统的仿真模型.借助MATLAB对控制系统进行了仿真研究,得到了数字控制器的最佳参数范围.进行了脉冲MIG焊数字控制器的仿真试验.结果表明,所设计的数字控制器可以实现电弧电压、焊接电流的实时准确快速调节,能够实现脉冲MIG焊双阶梯形外特性和熔滴过渡的控制.