本文關(guān)鍵詞：基于DSP的脈沖MIG焊控制系統(tǒng)

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【摘要】：數(shù)字化脈沖MIG焊機(jī)是將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和與傳統(tǒng)的MIG焊弧焊工藝相結(jié)合所設(shè)計(jì)研發(fā)的智能化新型焊機(jī)。由于運(yùn)用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù),數(shù)字化脈沖MIG焊接電源較傳統(tǒng)的焊接電源來(lái)說(shuō)其功能更加強(qiáng)大,控制精度更高,控制參數(shù)穩(wěn)定性更好,性能更加穩(wěn)定,工藝穩(wěn)定性和工藝效果更好。近年來(lái)隨著對(duì)焊接產(chǎn)品要求的提高,這種新型焊機(jī)已逐漸替代傳統(tǒng)弧焊電源被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。本文在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外數(shù)字化脈沖MIG焊接電源的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了數(shù)字式一元化脈沖MIG焊機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字控制系統(tǒng)以DSP為核心、DSP+MCU雙核控制,包括硬件電路及軟件編程系統(tǒng),通過(guò)軟硬件的結(jié)合控制以達(dá)到對(duì)焊機(jī)輸出特性的控制,實(shí)現(xiàn)焊機(jī)的精密控制。本文設(shè)計(jì)雙核控制系統(tǒng),DSP作為主控芯片,主要負(fù)責(zé)焊接過(guò)程中的參數(shù)數(shù)據(jù)采樣、數(shù)字PWM信號(hào)輸出、實(shí)現(xiàn)控制算法以及控制電源系統(tǒng)的輸出特性;MCU作為人機(jī)交互系統(tǒng),主要負(fù)責(zé)焊接參數(shù)預(yù)置、雙機(jī)數(shù)據(jù)通信、電源狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。首先,本文介紹了數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件組成電路,主要包括DSP+MCU雙核控制系統(tǒng)、IGBT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及送絲送氣系統(tǒng)。DSP+MCU雙核控制系統(tǒng)包括DSP控制系統(tǒng)和單片機(jī)人機(jī)交互系統(tǒng),其中DSP控制系統(tǒng)以芯片TMS320F2812為控制核心,負(fù)責(zé)整個(gè)焊接過(guò)程控制,其硬件電路包括DSP最小系統(tǒng)、電流電壓采樣電路、故障保護(hù)電路等;單片機(jī)STC89C58RD+作為人機(jī)交互系統(tǒng)的主控芯片,主要負(fù)責(zé)焊接參數(shù)的預(yù)置,硬件電路由參數(shù)選擇電路、MAX7219顯示電路、編碼器調(diào)節(jié)電路以及通信電路等組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以光耦HCPL-316J為核心的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路,主要負(fù)責(zé)對(duì)DSP輸出PWM信號(hào)進(jìn)行放大輸出符合要求的驅(qū)動(dòng)波形,控制全橋IGBT的導(dǎo)通,并使主電路與控制電路隔離,控制焊機(jī)輸出。其次,對(duì)控制系統(tǒng)軟件編程做了介紹。軟件程序主要包括DSP程序和MCU程序,均采用模塊化C語(yǔ)言編程,分別給出了對(duì)應(yīng)的主程序及各個(gè)子程序的程序流程圖。其中,DSP程序負(fù)責(zé)控制焊機(jī)輸出,控制程序包括DSP主程序、PWM信號(hào)輸出程序、PI控制子程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、弧長(zhǎng)控制子程序、脈沖輸出控制程序以及中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì);MCU負(fù)責(zé)參數(shù)預(yù)置,控制軟件程序包括MCU主程序、編碼器鑒相程序、掉電保存程序、一元化焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)程序及雙機(jī)通信協(xié)議的設(shè)定。最后,根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作了控制系統(tǒng)硬件電路,編寫了軟件程序,并分別對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了單獨(dú)調(diào)試,包括人機(jī)交互系統(tǒng)調(diào)試、數(shù)字PWM測(cè)試、保護(hù)電路測(cè)試以及驅(qū)動(dòng)波形的測(cè)試。單獨(dú)測(cè)得各個(gè)模塊信號(hào)無(wú)誤后,組裝樣機(jī),對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了調(diào)試,包括空載電壓測(cè)試、采樣電路調(diào)試、PI參數(shù)整定、外特性測(cè)試及焊機(jī)脈沖輸出測(cè)試,測(cè)試焊機(jī)各項(xiàng)輸出參數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明本文設(shè)計(jì)的一元化脈沖MIG焊數(shù)字化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)焊機(jī)的多功能全數(shù)字化控制,并且控制系統(tǒng)穩(wěn)定,性能可靠,控制精度高。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字化 DSP 脈沖MIG 雙核控制
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG434.5
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第1章 緒論12-16
• 1.1 數(shù)字化弧焊電源12-13
• 1.1.1 數(shù)字化焊接電源12-13
• 1.1.2 DSP在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展13
• 1.2 數(shù)字化弧焊電源的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.1 數(shù)字化弧焊電源國(guó)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 數(shù)字化弧焊電源國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14
• 1.3 課題研究目標(biāo)和內(nèi)容14-16
• 第2章 數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)16-34
• 2.1 主電路的分析與設(shè)計(jì)16-17
• 2.2 DSP+MCU雙核控制系統(tǒng)17-28
• 2.2.1 DSP主控電路設(shè)計(jì)17-25
• 2.2.2 MCU人機(jī)交互系統(tǒng)硬件平臺(tái)25-27
• 2.2.3 雙機(jī)通信電路27-28
• 2.3 驅(qū)動(dòng)電路的分析與設(shè)計(jì)28-31
• 2.3.1 IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)要求和分類28-29
• 2.3.2 光耦HCPL-316J驅(qū)動(dòng)電路29-31
• 2.4 送絲驅(qū)動(dòng)電路31-32
• 2.5 氣閥驅(qū)動(dòng)電路32-33
• 2.6 硬件抗干擾設(shè)計(jì)33
• 2.7 本章小結(jié)33-34
• 第3章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及編程34-47
• 3.1 DSP控制程序34-42
• 3.1.1 DSP開(kāi)發(fā)環(huán)境34-35
• 3.1.2 DSP主程序35-37
• 3.1.3 PWM輸出程序37
• 3.1.4 PI控制程序37-39
• 3.1.5 A/D轉(zhuǎn)換程序39-40
• 3.1.6 弧長(zhǎng)控制程序40
• 3.1.7 脈沖輸出控制程序40-42
• 3.1.8 中斷程序設(shè)計(jì)42
• 3.2 MCU控制程序42-45
• 3.2.1 MCU主程序42-43
• 3.2.2 一元化專家數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)調(diào)用程序43-45
• 3.2.3 編碼器鑒相程序45
• 3.3 雙機(jī)通信協(xié)議45-46
• 3.4 軟件抗干擾設(shè)計(jì)46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 控制系統(tǒng)調(diào)試47-58
• 4.1 單獨(dú)模塊調(diào)試47-51
• 4.1.1 MCU人機(jī)交互系統(tǒng)調(diào)試47-48
• 4.1.2 數(shù)字PWM信號(hào)測(cè)試48-49
• 4.1.3 保護(hù)電路調(diào)試49
• 4.1.4 送絲PWM信號(hào)測(cè)試49-50
• 4.1.5 驅(qū)動(dòng)電路測(cè)試50-51
• 4.2 聯(lián)機(jī)調(diào)試51-56
• 4.2.1 空載電壓測(cè)試51-52
• 4.2.2 采樣測(cè)試52-54
• 4.2.3 PI參數(shù)調(diào)節(jié)54
• 4.2.4 電源外特性測(cè)試54-56
• 4.2.5 脈沖輸出測(cè)試56
• 4.3 系統(tǒng)完善建議56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 致謝62-63
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文63

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