本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的數(shù)字化逆變直流焊接電源系統(tǒng)的研究

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【摘要】：焊接電源是工業(yè)上通過一些技術(shù)方法把電能轉(zhuǎn)化成可控熱能的焊接工具。在焊接電源領(lǐng)域中,就其體積、能耗、控制精度等方面而言,傳統(tǒng)焊接電源由于其自身架構(gòu)、器件性能以及相關(guān)的技術(shù)問題早已經(jīng)被淘汰,如今的焊接行業(yè)中,具備功率因數(shù)高、輸出波形多樣、穩(wěn)定且動態(tài)響應(yīng)快的焊接電源已經(jīng)成為主流。本課題所研究的數(shù)字化逆變焊接電源是基于系統(tǒng)二級控制的思想設(shè)計的,應(yīng)用FPGA (Field-Programmable Gate Array)為電源系統(tǒng)的主控芯片,完成系統(tǒng)各個模塊的驅(qū)動、控制、采樣以及雜項保護等任務(wù)。數(shù)字化逆變焊接電源的控制系統(tǒng)是一個多參數(shù)影響的復雜多變的系統(tǒng),焊接電源系統(tǒng)為焊接過程中提供所需要的能量,其電特性將直接影響到電弧燃燒的穩(wěn)定性與焊接質(zhì)量。基于本課題的研究,設(shè)計了前級逆變機芯,同時,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了后級控制電路,選用了UCC28061作為PFC (Power Factor Correction)電路的主控制器,設(shè)計了功率因數(shù)校正電路系統(tǒng),為后端提供穩(wěn)定的能量,實現(xiàn)高質(zhì)量的綠色焊接電源,根據(jù)二級控制方式設(shè)計了以FPGA為主控制器的數(shù)字化逆變焊接電源系統(tǒng),比較傳統(tǒng)波形發(fā)生方式,創(chuàng)新性的設(shè)計了特定的電流波形給定模塊,實現(xiàn)了可控波形的發(fā)生。針對本系統(tǒng)選用合適的被控元件與對應(yīng)的調(diào)控方式,這樣主要目的是實現(xiàn)焊接的過程控制與對輸出需求的快速響應(yīng),使輸出電壓,電流得到快速調(diào)節(jié)。同時,建立完整的焊接電源智能控制系統(tǒng),以焊接電流、焊接電壓等有關(guān)的變量為基礎(chǔ),應(yīng)用智能程度和實時性都較優(yōu)的模糊控制算法,利用設(shè)計的智能控制算法進行數(shù)據(jù)修正,由此最終確定最佳的控制參數(shù),在專業(yè)的焊接平臺上進行了實際實驗驗證。在本課題研究的最后實驗階段,測試了電源工作中輸出量波形,分析試驗結(jié)果可知,本文所研究的數(shù)字化焊接電源系統(tǒng)性能合乎標準,通過對波形變化的詳細分析,掌握控制波形規(guī)律,加深對系統(tǒng)的研究,促使系統(tǒng)性能進一步穩(wěn)定可靠。
【關(guān)鍵詞】：焊接電源 二級控制 FPGA PFC
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG431
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 緒論6-10
• 1.1 課題背景6
• 1.2 焊接電源的發(fā)展狀況和特點6-8
• 1.2.1 焊接電源的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀6-7
• 1.2.2 數(shù)字化逆變焊接電源的發(fā)展狀態(tài)及特點7-8
• 1.3 課題的意義及研究內(nèi)容8-10
• 1.3.1 課題的意義8-9
• 1.3.2 本課題主要研究內(nèi)容9-10
• 第二章 基于FPGA的數(shù)字化焊接電源系統(tǒng)方案設(shè)計10-28
• 2.1 系統(tǒng)總體方案10-16
• 2.1.1 線性調(diào)整型焊接電源10-13
• 2.1.2 開關(guān)調(diào)整型焊接電源13-14
• 2.1.3 本課題研究的電源系統(tǒng)分析14-16
• 2.2 系統(tǒng)的方案研究設(shè)計16-23
• 2.2.1 系統(tǒng)主要模塊的選擇與分析17-20
• 2.2.2 前級供電電源主電路拓撲結(jié)構(gòu)的研究20-21
• 2.2.3 開關(guān)元件的選擇與軟開關(guān)技術(shù)的引用21-22
• 2.2.4 功率IGBT控制方案的選擇22-23
• 2.3 功率因數(shù)校正方案的選擇23-25
• 2.3.1 功率因數(shù)的定義23-24
• 2.3.2 功率因數(shù)校正技術(shù)的選擇24-25
• 2.4 系統(tǒng)后端控制回路的方案分析25-26
• 2.4.1 基于軟件與硬件調(diào)節(jié)方式的討論25-26
• 2.4.2 系統(tǒng)控制方法的研究與選擇26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 第三章 基于FPGA的焊接電源系統(tǒng)硬件設(shè)計28-43
• 3.1 FPGA的相關(guān)電路設(shè)計28-30
• 3.1.1 FPGA最小系統(tǒng)電路設(shè)計28-29
• 3.1.2 FPGA串口電路設(shè)計29-30
• 3.2 前級電源系統(tǒng)電路設(shè)計30-36
• 3.2.1 前級供電電源控制系統(tǒng)30-31
• 3.2.2 基于UCC28061的功率因數(shù)校正電路設(shè)計31-35
• 3.2.3 基于SG3525的IGBT驅(qū)動電路設(shè)計35-36
• 3.3 后級控制主回路的電路設(shè)計36-40
• 3.3.1 焊接波形發(fā)生電路的設(shè)計36-37
• 3.3.2 功率放大電路的設(shè)計37-38
• 3.3.3 焊接電源采樣電路設(shè)計38-40
• 3.4 保護電路與晶體管基本電路設(shè)計40-42
• 3.4.1 電源系統(tǒng)保護電路設(shè)計40-41
• 3.4.2 功率晶體管組基本電路設(shè)計41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第四章 基于FPGA的焊接電源系統(tǒng)的功能實現(xiàn)43-62
• 4.1 主控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究與總體設(shè)計43-47
• 4.1.1 焊接電流波形調(diào)控技術(shù)43-46
• 4.1.2 基于FPGA主控系統(tǒng)的總體設(shè)計46-47
• 4.2 系統(tǒng)算法研究與主要功能實現(xiàn)47-57
• 4.2.1 系統(tǒng)主要算法研究47-50
• 4.2.2 基于FPGA的算法設(shè)計50-51
• 4.2.3 可調(diào)控電流波形發(fā)生系統(tǒng)51-57
• 4.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計57-60
• 4.3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計57-58
• 4.3.2 A/D采樣子程序流程圖58-59
• 4.3.3 電源系統(tǒng)管理子程序59-60
• 4.4 系統(tǒng)的抗干擾實現(xiàn)60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析62-69
• 5.1 系統(tǒng)實驗平臺介紹62
• 5.2 逆變機芯主要波形測試62-64
• 5.3 系統(tǒng)輸出波形測試與試驗分析64-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)和展望69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-73
• 作者簡介73
• 攻讀碩士學位期間研究成果73-74

【參考文獻】

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本文編號：986482