CO2焊接電源智能控制系統(tǒng)研究.pdf

1、CO2氣體保護焊是用 CO2作為保護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，是我國重點推廣的氣體保護焊接工藝。CO2焊受到焊接電源和控制技術(shù)等因素的限制，焊接過程中存在金屬飛濺量較大、焊縫成形差和弧長波動等問題。解決這些問題的關(guān)鍵在于對焊接電流和弧壓的控制，而CO2焊接負載具有非線性、耦合、時變的特性，很難建立負載的精確數(shù)學模型。因此，本課題利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡魯棒性好、適應性強的特點，把智能控制技術(shù)應用到 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焊短路過渡過程各階段的特點，從負載模型的建立、控制系統(tǒng)的組成、控制算法和控制策略等幾方面對CO2焊接逆變電源控制系統(tǒng)進行了研究。
　　詳細分析焊絲、熔滴、液橋在燃弧段、短路段的變化情況，進行動態(tài)建模，建立短路過渡周期內(nèi)負載的數(shù)學模型。同時對脈寬調(diào)制的焊接電源系統(tǒng)主電路進行簡化處理，建立負載-電源系統(tǒng)的 Matlab/Simulink仿真模型。設計能自動調(diào)節(jié)參數(shù)的神經(jīng)元P

3、I控制器，同時引入模糊控制算法來自調(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，實現(xiàn)表面張力無飛濺過渡；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。建立弧長沒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。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，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性。為保證電弧的穩(wěn)定性和實現(xiàn)表面張力無飛濺過渡，在電流、弧壓和大、小電感不斷切換控制系統(tǒng)的基礎上，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、實現(xiàn)表面張力無飛濺過渡；通過加入正擾動或負擾動討論了燃弧階段弧長的自調(diào)節(jié)特性。基于上述討論的CO2焊接逆變電源控

5、制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設計以 DSP為控制系統(tǒng)核心的 CO2焊接電源電路結(jié)構(gòu)圖。基于弧壓仿真波形，設計了短路-燃弧、液橋縮頸的檢測電路和電感切換電路。CO2焊接逆變電源控制系統(tǒng)軟件的模塊化設計。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)應用到 CO2焊接逆變電源的控制系統(tǒng)中，根據(jù) CO2焊短路過渡過程各階段的特點，研究和設計了 CO2焊接逆