本文關(guān)鍵詞：逆變弧焊電源控制系統(tǒng)設(shè)計與建模

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【摘要】：數(shù)字化逆變弧焊電源具有能夠柔性化控制、控制精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、一致性好、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),近年來成為弧焊電源的主要發(fā)展方向。針對數(shù)字化逆變弧焊電源,性能良好的控制方案設(shè)計是弧焊電源穩(wěn)定、可靠工作的關(guān)鍵。通過比較與改進(jìn)傳統(tǒng)控制策略,本文提出了一種帶電流前饋環(huán)節(jié)的峰值電流電壓雙閉環(huán)控制方案,并對電源系統(tǒng)硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計,通過仿真及實(shí)驗證明了本文提出的控制方案的有效性。本文的主要研究內(nèi)容如下：(1)提出了一種帶電流前饋環(huán)節(jié)的峰值電流電壓雙閉環(huán)控制方案。電源空載狀態(tài)時,輸出電流為零,電流外環(huán)迅速飽和至限幅值,電壓內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)得到恒壓控制；電源開始引弧后,電流外環(huán)逐漸退出飽和,內(nèi)外環(huán)共同調(diào)節(jié)使輸出得到恒流控制。之后在考慮非理想情況下對系統(tǒng)建模,說明考慮非理想因素的必要性,及電流前饋補(bǔ)償能夠提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。(2)電源系統(tǒng)整體設(shè)計分為硬件和軟件設(shè)計兩個方面。硬件設(shè)計中主電路主要包括逆變電路拓?fù)溥x擇、大功率高頻變壓器設(shè)計、輸出濾波電感設(shè)計�？刂齐娐分饕獙π盘柌蓸诱{(diào)理電路、IGBT驅(qū)動電路、保護(hù)電路的硬件進(jìn)行設(shè)計。本文的軟件控制核心是DSP芯片TMS320F28335,重點(diǎn)講述和分析設(shè)計各模塊的配置和控制流程圖。(3)在Matlab仿真環(huán)境下建立數(shù)字化逆變弧焊電源的系統(tǒng)模型,通過仿真和實(shí)驗分析驗證了本文提出的控制策略的有效性,該控制方案能夠及時調(diào)節(jié)變壓器原邊過電流、快速響應(yīng)系統(tǒng)不同狀態(tài)間的切換、對負(fù)載變化具有很強(qiáng)的適應(yīng)性,并保證電源穩(wěn)態(tài)工作時與給定無誤差。其適用于對輸出電流的調(diào)節(jié)速度和控制精度有較高要求的場合。
【關(guān)鍵詞】：逆變弧焊電源 峰值電流電壓雙閉環(huán)控制 數(shù)學(xué)建模 TMS320F28335
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG434.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 弧焊電源發(fā)展及現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 弧焊電源的發(fā)展歷程10-11
• 1.2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 全數(shù)字化逆變弧焊電源簡述12-15
• 1.3.1 數(shù)字化逆變弧焊電源優(yōu)點(diǎn)13
• 1.3.2 數(shù)字化逆變弧焊電源控制現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 數(shù)字化逆變弧焊電源的發(fā)展趨勢14-15
• 1.4 本文研究內(nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 2 逆變弧焊電源控制方案設(shè)計及數(shù)學(xué)建模17-38
• 2.1 逆變弧焊電源工作原理及外特性分析17-18
• 2.1.1 逆變弧焊電源工作原理17-18
• 2.1.2 逆變弧焊電源外特性分析18
• 2.2 逆變弧焊電源控制系統(tǒng)方案設(shè)計18-26
• 2.2.1 電源主電路電流特點(diǎn)18-20
• 2.2.2 峰值電流模式閉環(huán)控制策略研究20-21
• 2.2.3 電流內(nèi)環(huán)的斜坡補(bǔ)償21-23
• 2.2.4 帶前饋補(bǔ)償?shù)牡碾娏麟妷弘p閉環(huán)控制策略23-24
• 2.2.5 電流控制器參數(shù)設(shè)計24-26
• 2.3 逆變弧焊電源非理想情況下系統(tǒng)建模26-34
• 2.3.1 非理想Buck變換器小信號建模26-30
• 2.3.2 峰值電流控制環(huán)路的小信號建模30-31
• 2.3.3 電源控制信號處理延時31-32
• 2.3.4 逆變弧焊電源的閉環(huán)控制32-34
• 2.4 逆變弧焊電源閉環(huán)系統(tǒng)的性能分析34-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 3 逆變弧焊電源硬件設(shè)計38-46
• 3.1 硬件整體方案設(shè)計38
• 3.2 主電路系統(tǒng)硬件設(shè)計38-42
• 3.2.1 逆變電路選擇39-40
• 3.2.2 大功率高頻變壓器設(shè)計40-41
• 3.2.3 輸出濾波電感設(shè)計41-42
• 3.3 控制電路系統(tǒng)硬件設(shè)計42-45
• 3.3.1 采樣調(diào)理電路設(shè)計42-44
• 3.3.2 IGBT驅(qū)動電路設(shè)計44
• 3.3.3 保護(hù)電路硬件設(shè)計44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 4 逆變弧焊電源控制系統(tǒng)軟件設(shè)計46-54
• 4.1 主控芯片與開發(fā)環(huán)境介紹46-48
• 4.1.1 TMS320F28335主控芯片介紹46
• 4.1.2 軟件開發(fā)環(huán)境介紹46-48
• 4.2 峰值電流電壓雙閉環(huán)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計48-52
• 4.2.1 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計48
• 4.2.2 各模塊初始化配置48-49
• 4.2.3 AD采樣與濾波軟件實(shí)現(xiàn)49-50
• 4.2.4 電流電壓PI控制軟件實(shí)現(xiàn)50-51
• 4.2.5 PWM脈沖波形產(chǎn)生軟件實(shí)現(xiàn)51-52
• 4.3 中斷保護(hù)軟件設(shè)計52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 5 仿真及實(shí)驗結(jié)果分析54-61
• 5.1 Matlab仿真54-58
• 5.1.1 Matlab/Simulink控制系統(tǒng)建模54-56
• 5.1.2 仿真結(jié)果分析56-58
• 5.2 實(shí)驗分析58-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 附錄A 實(shí)驗測試65-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況68-69
• 致謝69-70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1114111