一種送絲機調速系統的控制方法與流程
2023-06-03 12:37:36 1
本發明涉及焊機送絲機控制，尤其涉及一種送絲機調速系統的控制方法。
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背景技術：
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在溶化極氣體保護焊中，等速送絲是傳統的一種送絲方式，而現有對送絲機的控制方案主要有兩種。
1、通過採集電機的速度信號(可以是電機反電動勢電壓，也可以是通過碼盤進行採樣電機的真實速度)，再通過軟體進行環路控制，控制電機的開關管(BUCK電路模式)進行電機調速系統的閉環控制，再通過一個MOS管進行電機的制動控制(耗能型)。這種控制方法的優點是電路簡單，缺點是對送絲速度控制的靈活性不夠，同時不能實現電機正反轉。
2、同樣通過採集電機的速度信號，通過控制晶片進行環路控制，同時也對電機進行電流環(轉矩環)進行內環控制，也通過H橋實現電機的正反轉控制。但是沒有專門的電機制動方法，只是簡單對電機的H橋進行能量反饋式的制動，同時內部的控制方式是在正轉的情況下只是開通H橋的對角開關管Q1，Q3，其另外對角開關管Q2，Q4處於關斷狀態，需要反轉的時候是開通對角開關管Q2，Q4，而對角開關管Q1，Q3是關斷狀態。而制動控制就是通過反向控制其對角開關減速到零。
這種控制方式存在缺點有：在軟體中實現其控制比較複雜。需要對不同情況分別對對角開關管進行控制，由於是單獨控制，其軟體進行突變控制時候(如在正轉的時候突然需要其反轉)對於軟體來確定其初始狀態和突變方式選擇也相對困難，如果選擇不合適，就會出現不可控狀態，超調比較大，環路不穩定。
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技術實現要素：
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本發明要解決的技術問題是提供一種控制簡單，動態響應快，速度變化的一致性好的送絲機調速系統的控制方法。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是，一種送絲機調速系統的控制方法，送絲機調速系統包括送絲電機、電機電源和調速電路，調速電路包括微處理器、H橋電機驅動電路和電機電流採樣電路，送絲電機串接在H橋電機驅動電路的橫臂中，H橋電機驅動電路4個開關管的控制端分別接微處理器對應的PWM控制信號輸出端，電機電流採樣電路的輸出端接微處理器對應的採樣信號輸入端；電機電流採樣電路採樣到的電流大於設定值時，H橋電機驅動電路切換到單對橋驅動模式，電機電流採樣電路採樣到的電流小於設定值時，H橋電機驅動電路切換到雙對橋驅動模式。
以上所述的控制方法，單對橋驅動模式下，H橋電機驅動電路第一對角線上的一對開關管同時工作，第二對角線上的一對開關管始終關閉；雙對橋驅動模式下，H橋電機驅動電路第一對角線上的一對開關管同時工作，第二對角線上的一對開關管同時工作，第一對角線上的一對開關管與第二對角線上的一對開關管的開閉狀態互補。
以上所述的控制方法，雙對橋驅動模式下，H橋電機驅動電路第一對角線上的一對開關管的佔空比為D，第一對角線上的一對開關管的佔空比為(1-D-T)，其中T為死區時間。
以上所述的控制方法，調速電路包括和電機轉速採樣電路，電機轉速採樣電路的輸出端接微處理器對應的採樣信號輸入端，電機電源包括母線電容；在送絲電機的制動過程中，速度下降到設定值時，將H橋電機驅動電路4個開關管中的兩個上管關斷，兩個下管打開。
以上所述的控制方法，兩個上管關斷，兩個下管打開的具體做法是，先關斷H橋電機驅動電路4個開關管一個周期，在下一個周期開通兩個下管，保持兩個上管的關斷狀態不變。
本發明送絲機調速系統的控制方法控制過程簡單，動態響應快，速度變化的一致性好。
[附圖說明]
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是本發明實施例送絲機調速系統的原理框圖。
圖2是本發明實施例送絲機調速系統的控制方法的流程圖。
圖3是本發明實施例雙對橋驅動模式下H橋電機驅動電路MOS管的驅動波形圖。
圖4是本發明實施例單對橋驅動模式下H橋電機驅動電路MOS管的驅動波形圖。
圖5是本發明實施例送絲電機的速度控制圖。
[具體實施方式]
如圖1所示，本發明實施例送絲機調速系統包括送絲電機、電機電源和調速電路。
調速電路包括微處理器(DSP數位訊號處理器)、H橋電機驅動電路、電機電流採樣電路和電機轉速採樣電路。
送絲電機串接在H橋電機驅動電路的橫臂中，由H橋電機驅動電路4個開關管控制轉速和旋轉方向。H橋電機驅動電路4個開關管，MOS管Q1，MOS管Q2，MOS管Q3和MOS管Q4的控制端分別接微處理器對應的PWM控制信號輸出端，接口PWM1，PWM2，PWM3，PWM4，接口PWM1，PWM2，PWM3，PWM4負責提供電機MOS管Q1至Q4的驅動信號。
電機電源為系統提供能量，其能量通過MOS管Q1，MOS管Q2，MOS管Q3和MOS管Q4，實現對送絲電機的控制。
電機電流採樣電路的輸出端和電機轉速採樣電路的輸出端分別接微處理器對應的採樣信號輸入端。
電機電流採樣電路包括霍爾電流傳感器，採樣送絲電機電流，霍爾電流傳感器接微處理器的COMP/TZ接口，霍爾電流傳感器採樣電機電流，為控制系統提供一個轉矩環和電流環的參考。COMP/TZ接口負責對採樣過來的電流進行比較，判斷。從而能快速關閉PWM接口，為電機過流等異常情況進行快速保護。
電機轉速採樣電路從送絲電機光柵碼盤的脈衝信號，為系統提供電機的真實轉速和正反轉方向。電機轉速採樣電路的輸出端接微處理器的EQEPA接口和EQEPB接口。
碼盤信號為電機速度提供一個採樣值。系統通過採樣到的速度信號和電流信號通過環路計算控制PWM發波情況，完成對電機的控制。
如圖2所示，微處理器先給定一個帶方向的速度指令，與送絲電機的實際速度通過碼盤採樣和微處理器的EQEP模塊處理得到一個帶方向的實際轉速信號比較，再通過數字的PI調節系統進行速度環控制，其結果作為電流環的給定，同時與採樣到的實際電流進行比較，再進行電流環的PI調節，得到的PWM波形。經過驅動隔離放大驅動H橋的MOS管。對送絲電機進行控制。
圖3所示為雙對橋驅動模式，雙對橋驅動模式在一個開關周期中，4個MOS管都有開關動作，其中MOS管Q1和MOS管Q4(第一對角線上的一對開關管)開通一致，而且與MOS管Q3成互補，MOS管Q3和MOS管Q2(第二對角線上的一對開關管)同時驅動，DSP微控制器中對這4個驅動採用兩組PWM模塊，相當於4個PWM驅動口，這樣就可以實現分別對4個MOS管單獨操作，為送絲電機制動方案提供硬體可能。採用這種驅動方式，其環路參數只需要設定一個MOS管的佔空比D，如MOS管Q1的佔空比為D1，則其他開關管開通時間就完全確定了，可以得到MOS管Q3的佔空比為(1-D1-T)，其中，T為死區時間。MOS管Q4的佔空比為D1，MOS管Q2的佔空比為(1-D1-T)，雙對橋驅動模式的優點是，可以保證速度變化的一致性，動態調節更快，不需要選擇環路變化時候的初始值，控制簡單，適合對電機有快速變速響應的要求。
在電機變速或者正反轉要求時候，設置好MOS管Q3，MOS管Q4，MOS管Q2對應MOS管Q1的要求，只要控制MOS管Q1的佔空比D1就可以完全控制整個系統。雙對橋驅動模式的缺點是：會帶來MOS管額外的損耗。紋波電流電壓會比單對橋驅動模式高一倍左右。
圖4所示為單對橋驅動模式，單對橋驅動模式下，H橋電機驅動電路第一對角線上的一對開關管MOS管Q1和MOS管Q4同時工作，第二對角線上的一對開關管MOS管Q2和MOS管Q3始終關閉。單對橋驅動模式的缺點是，在電機由高速調到低速的過程中其時間不可控，受負載(如電機的所帶的焊絲重量，電機供電線纜長短等)影響很大。對於雙脈衝焊接是一個致命的缺點。
為了滿足損耗的要求，本發明需要採用兼容上述兩種模式優點的技術方案，既滿足系統的動態要求同時也滿足系統的損耗要求。
本發明的控制方法是，當電機電流大於設定的電流值時(當負載很大，或者不同型號的電機，其最大損耗接近MOS的最大損耗)，切入到單對橋驅動模式，當電機電流小於設定的電流值時，切入到雙對橋驅動模式。
送絲機的制動過程容易損壞MOS管是送絲機制動電路一個重要問題，現有技術通過MOS管和電阻耗能模式實現送絲機的制動，這種控制方式除了制動時間不可控外，在負載(包括電機本身)能量很大的時候，靠MOS管和電阻耗能很容易損壞MOS管。
如圖5所示，T1～T2區間是電機啟動過程，T2～T3區間為電機正常運行過程，T3～T4區間為電機的制動過程1，此三過程處於運行過程，採用上述的控制方式。在T3～T4區間，當送絲速度下降到V1時候(本實施例中設定V1為每分鐘1米)為雙對橋驅動模式，在T3～T4區間，其能量是通過控制，回饋到母線電容。在T3～T4時間段中，原來用來作為電機功能的兩個對角MOS管佔空比會變小，而另外的一組對角MOS管會變大，總的能量是通過電機把自身存儲的能量通過佔空比變大的一組對角MOS管灌入母線電容中，從而達到了電機制動的目的。T4～T5區間的制動過程2是通過關斷兩個上管，開通兩個下管實現的。具體的做法是，先關掉全部4個MOS管一個周期的時間，在下一個周期，也就是20us後，開通MOS管Q3和MOS管Q4，保持MOS管Q1和MOS管Q2關斷狀態不變。此時電流只是在送絲電機、MOS管Q3和MOS管之間Q4形成通路，電機的能量通過MOS管Q3、MOS管Q4、電機線纜和電機內阻消耗掉。其優點是通過回饋方式已經把大部分的能量都衝入了母線電容。由於母線電容電壓高，所以T3～T4段的下降斜率大，但是由於電機速度已經下降到很小值，可以在很短的時間內實現耗能制動，這個時候對MOS管的衝擊幾乎可以忽略。實現了快速制動和減少對MOS衝擊。
本發明上述實施例關斷電機是通過能量損耗來實現的，所以在T3～T4區間電機速度下降斜率大，而T4～T5區間電機速度下降斜率較小，本發明採用先回饋減速，再通過分別控制4個MOS開通實現耗能式制動，減少對MOS管的衝擊，同時保證制動時間可控。