CO2焊接電源智能控制系統(tǒng)研究.pdf

1、CO2氣體保護(hù)焊是用 CO2作為保護(hù)氣體的熔化極電弧焊方法，具有高效率，低成本和抗銹低氫等特點(diǎn)，是我國(guó)重點(diǎn)推廣的氣體保護(hù)焊接工藝。CO2焊受到焊接電源和控制技術(shù)等因素的限制，焊接過(guò)程中存在金屬飛濺量較大、焊縫成形差和弧長(zhǎng)波動(dòng)等問(wèn)題。解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵在于對(duì)焊接電流和弧壓的控制，而CO2焊接負(fù)載具有非線性、耦合、時(shí)變的特性，很難建立負(fù)載的精確數(shù)學(xué)模型。因此，本課題利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)魯棒性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，把智能控制技術(shù)應(yīng)用到 CO2焊接逆

2、變電源的控制系統(tǒng)中，以 DSP作為控制系統(tǒng)的核心，根據(jù) CO2焊短路過(guò)渡過(guò)程各階段的特點(diǎn)，從負(fù)載模型的建立、控制系統(tǒng)的組成、控制算法和控制策略等幾方面對(duì)CO2焊接逆變電源控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。
　　詳細(xì)分析焊絲、熔滴、液橋在燃弧段、短路段的變化情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，建立短路過(guò)渡周期內(nèi)負(fù)載的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)對(duì)脈寬調(diào)制的焊接電源系統(tǒng)主電路進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，建立負(fù)載-電源系統(tǒng)的 Matlab/Simulink仿真模型。設(shè)計(jì)能自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)的神經(jīng)元P

3、I控制器，同時(shí)引入模糊控制算法來(lái)自調(diào)節(jié)神經(jīng)元PI控制器中的比例系數(shù)K，構(gòu)成混合型的模糊神經(jīng)元PI控制器。采用STT(surface tension transition)電流波形控制和弧壓控制不斷切換的控制策略，即在短路階段和燃弧階段的前期采用 STT電流波形控制，以改善焊縫成形，實(shí)現(xiàn)表面張力無(wú)飛濺過(guò)渡；燃弧階段的末期采用弧壓控制，使電弧有較好的的自調(diào)節(jié)特性。建立弧長(zhǎng)沒(méi)有受到外界干擾情況下的 CO2焊接逆變電源系統(tǒng)的仿真平臺(tái)。選擇合理的

4、弧壓控制給定量，回路采用大小電感不斷切換的策略時(shí)，仿真結(jié)果表明：弧壓控制階段，電流波形和理想的電流波形能較好的吻合，模糊神經(jīng)元 PI控制算法比數(shù)字PI控制算法有更好的適應(yīng)性。為保證電弧的穩(wěn)定性和實(shí)現(xiàn)表面張力無(wú)飛濺過(guò)渡，在電流、弧壓和大、小電感不斷切換控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，回路采用不斷切換大電阻的策略，仿真結(jié)果表明：能改善焊縫成形、實(shí)現(xiàn)表面張力無(wú)飛濺過(guò)渡；通過(guò)加入正擾動(dòng)或負(fù)擾動(dòng)討論了燃弧階段弧長(zhǎng)的自調(diào)節(jié)特性?；谏鲜鲇懻摰腃O2焊接逆變電源控

5、制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)以 DSP為控制系統(tǒng)核心的 CO2焊接電源電路結(jié)構(gòu)圖?；诨悍抡娌ㄐ危O(shè)計(jì)了短路-燃弧、液橋縮頸的檢測(cè)電路和電感切換電路。CO2焊接逆變電源控制系統(tǒng)軟件的模塊化設(shè)計(jì)。主要包括：整體控制程序模塊、短路階段子程序模塊、燃弧階段子程序模塊、模糊神經(jīng)元 PI控制程序模塊、數(shù)字PWM程序模塊。
　　本課題把智能控制技術(shù)應(yīng)用到 CO2焊接逆變電源的控制系統(tǒng)中，根據(jù) CO2焊短路過(guò)渡過(guò)程各階段的特點(diǎn)，研究和設(shè)計(jì)了 CO2焊接逆