基于DSP的并联式大功率脉冲MIG焊逆变电源系统

针对高效化焊接对增大焊接电流以提高生产效率的要求,提出利用两台逆变器并联实现脉冲MIG焊逆变电源的大功率输出. 采用数字信号处理器TMS320LF2407A构建基于DSP的并联式大功率脉冲MIG焊数字化控制系统. 利用DSP丰富的外设资源和优异的控制性能,实现单一DSP控制两台逆变器,保证了焊接电源的并联大功率输出. 结果表明,所设计的并联式大功率脉冲MIG焊逆变电源能实现大电流高效化焊接,焊接性能稳定,焊缝成形美观.     

基于DSP的一体化双丝脉冲MIG焊数字波控研究

为改善双丝脉冲MIG焊的协同控制,在基于单一DSP芯片TMS320LF2407A控制下的一体化双丝脉冲MIG焊接系统的基础上,利用DSP内部集成的脉宽调制模块,以软件方式实现了主、从机两台逆变电源PWM信号的直接数字化控制,从而实现主、从机的高频逆变和低频脉冲波形调制,最终实现双丝脉冲MIG焊的波形控制.针对双丝脉冲MIG焊熔滴过渡过程的控制,通过改变焊接参数进行工艺试验.试验结果表明,基于DSP的一体化双丝脉冲MIC焊协同控制系统性能稳定,能有效实现两台弧焊逆变电源之间的协同控制,焊接性能好,稳定可靠.     

Study on twin-wire pulsed MIG welding power supply based on DSP and CAN

A design proposal for twin-wire pulsed MIG welding power supply based on DSP (digital signal processor)and CAN (controller area network ) is put forward.By use of the CAN bus,the synergic control between the master and slave power supplies can be realized.And in this way,their peak currents can be guaranteed to be alternative and the interference between the two arcs can be decreased efficiently.The hardware design,software design and relative tests are provided in this paper.Tests show that the power supply can meet the design requirements of twin-wire welding.     

基于STM32的一体化双丝脉冲MIG焊电源系统

为解决双丝脉冲MIG焊两路脉冲同步、交替和随机三种相位输出的协同控制问题,采用32位的STM32F103ZET6建立基于STM32的一体化双丝脉冲MIG焊电源系统. 利用单一STM32芯片实现双丝脉冲MIG焊同步、交替和随机三种脉冲相位输出形式,用STM32内部集成的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)模块生成移相全桥软开关PWM信号,以软件方式实现主从机两台逆变电源PWM信号的直接数字化控制,从而实现主从机的高频逆变和低频脉冲波形调制. 结果表明,所设计的基于STM32的一体化双丝脉冲MIG焊电源系统满足设计要求,焊接过程稳定、焊接速度快、飞溅小、焊缝成形良好,能实现良好的双丝脉冲MIG焊工艺.     

基于DSP的一体化双丝脉冲MIG焊机软件设计

双丝焊具有单丝焊无法比拟的优势,焊接效率高,热输入小,能够满足大电流焊接的需要,但其技术复杂,在国内的研究才刚起步。基于DSP芯片TMS320F2808设计了双丝脉冲MIG焊接核心控制系统,实现了双丝的协同工作,采用增量式数字PI算法实现对焊接电流的控制。对双丝电源进行了硬件调试、软件调试和整机联调,调试结果表明电源的静态特性和动态特性良好,满足双丝系统要求。针对8mm厚的45号钢进行了双丝脉冲MIG焊的双丝脉冲不同相位对比实验。在两路脉冲试验参数匹配合适的情况下,进行了若干组试验,焊接效果良好。     

DSP控制的IGBT逆变式GMAW焊接电源主电路设计

针对GMAW对焊接电源的要求,设计了一台DSP控制的500 A全桥式IGBT逆变GMAW焊接电源.详细介绍了主电路的设计,包括输入整流电路、逆变功率开关IGBT的选型、中频变压器的设计、输出整流电路、电抗器,以及功率开关IGBT的保护电路等的设计.通过系统调试,所设计的主电路满足CMAW要求.     

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.     

基于DSP的双丝数字化逆变电源设计

双丝焊接是一种高效节能、优质经济的焊接工艺方法,能够提高焊接生产效率和焊接质量。确定了双丝焊数字化电源的总体方案,设计了两台并行的IGBT全桥逆变主电路的拓扑结构和以TMS320F2808 DSP为核心的硬件控制系统,通过测试平台对系统进行全面测试,测试表明所设计的硬件系统能稳定运行。     

双丝脉冲MIG焊的双脉冲焊接方法

为优化双丝脉冲MIG焊的焊缝成形质量,提出双丝脉冲MIG焊的双脉冲焊接方法,构建基于DSP的双丝脉冲MIG焊的双脉冲数字化交替相位协同控制系统,对双丝脉冲MIG焊的单脉冲和双脉冲焊接进行平板堆焊试验.结果表明,双丝脉冲MIG焊双脉冲焊接系统实现了稳定的双脉冲焊接过程,焊缝成形良好.对单脉冲和双脉冲焊接所得焊缝的横截面宏观金相对比分析结果表明,双脉冲对焊接熔池有很强的搅拌作用,双脉冲焊接所得焊缝晶粒比单脉冲焊缝晶粒更小,说明双脉冲具有细化晶粒的效果,证明在双丝脉冲MIG焊中应用双脉冲有一定的优化作用.     

基于双DSP数字化控制的交直流脉冲弧焊逆变电源

在论述研究开发交直流复合脉冲弧焊逆变电源必要性的基础上,通过对功率变换电路工作原理的分析,论证了实现电源交直流复合脉冲输出的可行性.采用Motorola 16位混合型数字信号处理器DSP 56F805建立了基于双DSP的IGBT弧焊逆变电源交直流复合脉冲输出数字化控制系统,以实现电源的人机交互、输出特性控制及工作状态监测与管理.     

双丝高速软开关脉冲MAG焊装备

将CAN(局域控制网)总线技术、软开关技术、脉冲焊技术等有机地结合,研制了结构紧凑、一体化、协同控制的TANDEM型双丝焊装备.在深入分析双丝焊工艺要求的基础上,引入新型双闭环控制模式,实现了适合双丝焊要求的脉冲焊电源动特性、外特性.为减少双丝焊电弧之间的干扰,将CAN总线技术成功应用于双丝焊装备的通信控制中,设计了双丝焊装备的协同控制装置.结果表明,电源各项电气性能都满足了设计要求,且焊接过程稳定、飞溅小、焊缝成形好、焊接速度快、热输入小、变形小,突出显示了双丝高速焊的优点.     

基于DSP的脉冲GMAW焊数字化控制系统

针对脉冲GMAW焊工艺要求,采用32位数字信号处理器TMS320F2812建立了基于DSP的数字化控制系统,实现了电流和弧长的双闭环全数字控制,取得了良好的控制性能.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软开关主电路四路移相PWM信号的直接数字化控制.给出了系统控制原理及程序流程图,脉冲峰值和基值阶段采用变参数的数字PI控制,使得电流快速跟随给定信号,同时采用模糊控制方法对弧长进行闭环控制.结果表明,所设计的脉冲GMAW焊全数字控制系统满足设计要求,输出电流波形一致性好,可以实现快速、稳定的弧长调节,焊接过程稳定,焊缝成形美观.     

Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响

通过试验研究了Nd:YAG激光 脉冲GMAW复合热源焊接过程中焊接工艺参数对焊缝熔宽的影响.结果表明,复合热源焊缝熔宽随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的提高而减小,而光丝间距和离焦量对复合热源焊缝熔宽影响相对较小.复合热源焊缝熔宽远大于激光焊缝熔宽而仅稍大于脉冲GMAW焊缝熔宽,说明在复合热源焊接过程中脉冲GMAW决定焊缝熔宽,这主要是由于激光束加热区域远小于电弧加热区域造成的.试验结果的分析比较还表明,在激光 电弧复合热源焊接过程中激光功率的增大还极大地提高了焊接速度.     

数字化逆变交直流方波脉冲TIG焊机研制

基于数字信号处理器（DSP）进行了数字化IGBT逆变交直流方波脉冲TIG焊机的研制,采用TI公司的TMS320F240型DSP作为控制系统的核心芯片。根据焊接电源输出的具体形式,硬件电路设计包括开关电源电路、高频引孤电路、DSP最小系统、电流采样电路、参数预置与显示、电路、保护屯路、一次逆变和二次逆变驱动脉冲电路等部分;软件采用模块化软件设计的方法设计了控制系统主程序、中断服务程序及中断服务予程序。系统经过脱机和联机调试,输出波形稳定,实现了预期目的。     

基于DSP的数字化控制逆变式空气等离子切割电源研究

采用数字信号处理器DSP56F805,建立了逆变式空气等离子切割电源数字化控制系统.利用霍尔电流传感器检测电源输出电流,通过采样与A/D变换、数字滤波和PID控制实现了稳定的恒电流输出特性,并通过大林算法克服了数字PWM控制以及功率变换电路输出本身的延迟效应.此外,电源系统还采用Boost电路进行有源功率因数校正,输入EMI滤波电路滤除高频干扰,从而有效地提高了电源系统的功率因数和工作稳定性,以及数字化控制系统的抗高频干扰能力.实验结果表明,该数字化控制逆变式空气等离子切割电源切割过程稳定,切割质量良好.     

脉冲变极性弧焊逆变电源数字化控制系统

在采用数字信号处理器(DSP)DSP56F805构建基于双DSP的脉冲变极性弧焊逆变电源全数字化控制系统的基础上,针对数字化脉宽调制(PWM)控制脉冲存在的脉冲宽度保持和延迟对电源输出动态响应和稳态精度等控制性能的影响,提出了基于电源输出电感电阻(LR)负载模型的电流预估计算法,进而对简单数字比例积分微分(PID)控制算法进行了修正.同时,系统通过对电流/电压检测信号的预处理、A/D采样与PWM同步、数字滤波等措施有效地提高了系统的抗干扰性能.脉冲变极性输出特性控制试验验证了基于电流预估计的数字PID控制算法的正确性和有效性.     

变极性GMAW焊接电源仿真建模与设计

针对焊接过程中热输入大、薄板易熔穿等问题,研制了一种基于STM32F405单片机的高效变极性熔化极气体保护焊(variable-polarity gas metal arc welding, VP GMAW)焊接系统,可以通过调整焊接电流正负极性的时间以及电流的大小来控制焊接工件的热输入量. 通过分析带耦合电感的半桥式二次逆变电路电流换向状态,建立相应的数学模型. 针对变极性焊接过程中存在的问题,设计理想的控制波形并制定相应的控制策略. 以上述的数学模型和控制方案为基础,建立变极性熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)焊接系统仿真模型,验证控制策略的可行性. 将仿真结果与实际测量波形进行对比分析. 结果表明,所建立的仿真模型符合实际预期,可以为变极性电源设计提供较好的参考模型. 最后在焊接平台上使用制造的VP GMAW焊接样机在1 mm薄钢板进行堆焊试验. 结果表明,焊缝表面光洁、成形规则,即使在变极性下依然能够实现薄板的稳定焊接.     

双丝脉冲MAG焊两种电流相位关系的焊接行为分析

基于高速摄像和电信号分析系统,采集了一定焊接工艺参数下高速脉冲双丝MAG焊接过程的电信号,并对焊接过程中的熔滴过渡方式以及电弧形态进行了高速摄像观察.结果表明,前丝、后丝脉冲电流交替变化时,前丝、后丝电弧形态分别为单丝工作时的钟罩形,显示前后丝电弧间基本没有影响;当前丝、后丝脉冲电流同步变化时,前后丝电弧合并为一个寿桃形电弧,分析指出前后丝电弧形态彼此间的吸引力是造成电弧形态合并的根本原因.不同脉冲电流频率下的焊缝显示,双丝脉冲MAG焊接过程中,前丝、后丝脉冲电流同步变化时,焊缝成形较好,但焊接过程声音较大并伴随较大烟尘;前丝、后丝脉冲电流交替变化时,焊缝成形一般,焊接过程声音柔和且产生较少烟尘.     

双弧脉冲MIG焊专用电源设计及试验分析

双弧脉冲MIG焊是一种低能量输入焊接方法,其原有的双电源供电系统结构复杂、协同控制困难、易受干扰. 为此提出了双弧脉冲MIG焊一体化专用电源的设计思路,将主弧和旁弧两路脉冲电流使用同一控制系统进行统一协调控制. 设计了基于有限双极性全桥逆变的主电路和基于DSP2812的控制电路,搭建了一体化专用电源系统整体模型,并通过仿真验证了其可行性. 在此基础上,利用设计的专用电源原型机进行了铝钢低能量焊接工艺试验. 结果表明,一体化专用焊接电源能够满足双弧脉冲MIG焊低能量焊接的要求,在低能量输入下可以获得较好的焊接效果.     

基于DSP-MCU实现焊接电源系统数字化控制的设计

基于DSP-MCU实现焊接电源系统数字化控制的设计采用TMS320F240数字信号处理器和80C196KC单片机，设计成实现多功能IGBT逆变焊接电源双机控制系统。其中，TMS320F240主要用于焊接参数的采样、控制算法的运算，80C196KC用于完成人机接口的功能，包括键盘和显示，与上位机的通信等。设计中人机界面采用液晶显示。系统设计的关键是双机之间的通信技术，为了确保通信的可靠及快速性采用双口RAM(IDT7005)来完成。数字PWM控制单元采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成，整个系统中所有逻辑控制也由此芯片来完成，设计完成的DSP-MCU双机控制系统实现了焊机的多功能全数字化控制。