Tig焊接電源閉環模糊控制方法
2023-06-01 07:17:41
專利名稱：Tig焊接電源閉環模糊控制方法
技術領域：
本發明涉及一種焊接電源控制方法技術領域，特別涉及TIG焊接電源控制方法技術領域， 具體是指一種TIG焊接電源閉環模糊控制方法。
背景技術：
鴒極氬弧焊(Tungsten Inert Gas Welding,簡稱TIG焊)是焊接有色金屬及其合金，如鋁、 鎂及其合合金、不鏽鋼等的理想方法，具有電弧穩定、焊縫成形美觀等優點。但是在現場施 焊過程中，由於工況不同，電弧受到各種因素的幹擾，如電弧長度的變化，工件的不平度， 保護氣體的純度、流量和供電電網的波動等，都會使焊接電流電壓偏離穩定工作點。如果焊 接電流、電壓能快速自動地返回穩定工作點，則電弧可以持續穩定燃燒。由此可見，電源工 作的穩定性和可靠性主要依靠控制系統，它是整個電源的核心。國內外的一些研究機構(如北工大、華南理工、奧地利Fonius等)將模糊邏輯應用於弧焊 電源控制系統中，主要是基於MCU;也有學者利用數位訊號處理器(DSP)的高運算速度，縮 短PI運算時間、增加釆樣點，提高控制精度。發明內容本發明的目的在於提供一種TIG焊接電源閉環模糊控制方法，該控制方法能較好控制 TIG焊電流恆值、響應快速。為了達到上述的目的，本發明提供一種TIG焊接電源閉環模糊控制方法，其包括步驟1 )電弧電流經電流採樣單元檢測轉變為相應的電壓信號，經濾波限幅後進入DSP的A/D 轉換通道轉換為數字離散值If, CPU比較If和預置焊接電流變量Ig,得到偏差e和偏差變化 率ec;2 ) DSP根據e和ec運行模糊控制算法程序，求出為消除e所需的控制信號u,並傳遞給 DSP內置的PWM模塊，直接控制DSP輸出的PWM脈寬，從而控制輸出電流。較佳地，所述電流採樣單元採用霍爾電流傳感器，所述電弧電流通過所述霍爾電流傳感 器檢測獲得。較佳地，所述DSP是TMS320F240晶片。較佳地，所述PWM脈寬經分頻電路後輸出兩路互不重疊的脈衝信號，這兩路脈衝信號 經過IGBT專用馭動晶片功率放大後，分別馭動兩組IGBT開關管，使其交替導通來改變輸 出電壓的佔空比，從而實現對輸出電流的控制。
較佳地，所述模糊控制算法程序把包括輸入量的模糊化、模糊關係運算、模糊決策以及 決策結果的精確化。
採用了本發明的TIG焊接電源閉環模糊控制方法，其將DSP和模糊控制的優點結合在一 起，利用DSP晶片豐富的片內外設，減少了外圍器件，獨特內核結構更利於模糊控制算法的 運算，結合模糊控制，對TIG焊接電流有良好的控制效果，響應快速。
圖1是本發明的一具體實施例的基本結構示意圖。 圖2是本發明的離散模糊控制的工作原理示意圖。 圖3是本發明的模糊控制軟體流程示意圖。 圖4是本發明的模糊控制對階躍信號的響應圖。
具體實施例方式
以下將對本發明的TIG焊接電源閉環模糊控制方法作進一步詳細描迷。 請參閱圖3所示，本發明的TIG焊接電源閉環模糊控制方法，其包括步驟 1 )電弧電流經電流採樣單元檢測轉變為相應的電壓信號，經濾波限幅後進入DSP的A/D 轉換通道轉換為數字離散值If， CPU比較If和預置焊接電流變量Ig，得到偏差e和偏差變化 率ec; 2 ) DSP根據e和ec運行模糊控制算法程序，求出為消除e所需的控制信號u,並傳 遞給DSP內置的PWM模塊，直接控制DSP輸出的PWM脈寬，從而控制輸出電流。
在本發明的一具體實施例中，所述電流採樣單元採用霍爾電流傳感器，所述電弧電流通 過所述霍爾電流傳感器檢測獲得。
在本發明的一具體實施例中，所述DSP是TMS320F240晶片。
在本發明的一具體實施例中，所述PWM脈寬經分頻電if各後輸出兩路互不重疊的脈衝信 號，這兩路脈衝信號經過IGBT專用馭動晶片功率放大後，分別馭動兩組IGBT開關管，使 其交替導通來改變輸出電壓的佔空比，從而實現對輸出電流的控制。
在本發明的 一具體實施例中，所述模糊控制算法程序把包括輸入量的模糊化、模糊關係 運算、模糊決策以及決策結果的精確化。
請參閱圖1所示，適於本發明的TIG焊接電源閉環模糊控制系統，包括DSP控制單元、電流採樣單元、過電流保護單元、過熱保護單元、過/欠電源保護單元和參數設置單元，參數 設置單元包括鍵盤、顯示器和驅動晶片，驅動晶片分別電連接鍵盤和顯示器用於驅動鍵盤和 顯示器。DSP控制單元包括DSP晶片、時鐘電路、電源電路和復位電路，時鐘電路、電源 電路和復位電路分別與DSP晶片電連接，DSP晶片分別電連接電流採樣單元、過電流保護 單元、過熱保護單元、過/欠電源保護單元和驅動晶片。較佳地，所述DSP晶片是TMS320F240 晶片。較佳地，所述電流採樣單元採用霍爾電流傳感器。
模糊控制是整個系統的核心，主要完成輸入量的模糊化、模糊關係運算、模糊決策以及 決策結果的解模糊處理(精確化)等重要過程，由軟體編程來實現。由MATLAB7.0輔助設計， 採用典型的兩輸入單輸出的模糊控制，其結構見圖2。程序流程如圖3所示。為了加快控制 過程，縮短過渡時間，在程序中分兩個環節進行，當電流偏差大於3A時，系統進入加速控 制過程，讓信號迅速逼近給定值；當偏差小於等於3A時，系統進入模糊控制環節，根據偏 差和偏差變化率，量化後查詢模糊離線總控制表，取出控制量的增量，然後進行控制。
在仿真分析中，模糊控制子程序直接影響馭動IGBT的脈衝波形，所以在未仿真調試好 參數的情況下直接聯機實驗是不安全的，可能損壞IGBT。模糊控制系統對階躍信號的響應如 圖4所示。從圖中可以看出，弧長的電阻值從0.15Q變到0.1Q,電流變化響應在12ms內達 到穩態，無超調和振蕩。
本發明的有益效果主要有(1)採用TMS320F240為核心，它具有豐富的片內外設，減 少了外圍器件，獨特內核結構更利於模糊控制算法的運算。(2)從仿真結果可以看出，所設 計的模糊控制系統對TIG焊接電流有良好的控制效果，使電流很快回到穩定工作點，而且比 較平滑。(3)應用MATLAB的Fuzzy工具箱生成離散模糊控制表固化DSP的flash中，減少 了運算難度，提高計算速度。
因此，本發明將DSP和模糊控制的優點結合在一起，利用DSP晶片豐富的片內外設， 減少了外圍器件，獨特內核結構更利於模糊控制算法的運算，結合模糊控制，對TIG焊接電 流有良好的控制效果，響應快速。
綜上，本發明的TIG焊接電源閉環模糊控制方法能較好控制TIG焊電流恆值、響應快速。
在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種 修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限 制性的。
權利要求
1.一種TIG焊接電源閉環模糊控制方法，其特徵在於，包括步驟1)電弧電流經電流採樣單元檢測轉變為相應的電壓信號，經濾波限幅後進入DSP的A/D轉換通道轉換為數字離散值If，CPU比較If和預置焊接電流變量Ig，得到偏差e和偏差變化率ec；2)DSP根據e和ec運行模糊控制算法程序，求出為消除e所需的控制信號u，並傳遞給DSP內置的PWM模塊，直接控制DSP輸出的PWM脈寬，從而控制輸出電流。
2. 如權利要求1所述的TIG焊接電源閉環模糊控制方法，其特徵在於，所述電流採樣單元 採用霍爾電流傳感器，所述電弧電流通過所述霍爾電流傳感器檢測獲得。
3. 如權利要求1所述的TIG焊接電源閉環模糊控制方法，其特徵在於，所述DSP是 TMS320F240晶片。
4. 如權利要求1所述的TIG焊接電源閉環模糊控制方法，其特徵在於，所述PWM脈寬經 分頻電路後輸出兩路互不重疊的脈衝信號，這兩路脈沖信號經過IGBT專用馭動晶片功 率放大後，分別馭動兩組IGBT開關管，使其交替導通來改變輸出電壓的佔空比，從而 實現對輸出電流的控制。
5. 如權利要求1所述的TIG焊接電源閉環模糊控制方法，其特徵在於，所述模糊控制算法 程序把包括輸入量的模糊化、模糊關係運算、模糊決策以及決策結果的精確化。
全文摘要
本發明涉及一種TIG焊接電源閉環模糊控制方法，包括步驟1)電弧電流經電流採樣單元檢測轉變為相應的電壓信號，經濾波限幅後進入DSP的A/D轉換通道轉換為數字離散值If，CPU比較If和預置焊接電流變量Ig，得到偏差e和偏差變化率ec；2)DSP根據e和ec運行模糊控制算法程序，求出消除e所需的控制信號u，並傳遞給PWM模塊，直接控制PWM脈寬，經分頻電路後輸出兩路互不重疊的脈衝信號，經IGBT專用馭動晶片功率放大後，分別馭動兩組IGBT開關管，使其交替導通來改變輸出電壓的佔空比，從而實現對電流的控制，其中模糊控制算法程序包括輸入量的模糊化、模糊關係運算、模糊決策以及決策結果的精確化，本發明能較好控制TIG焊電流恆值、響應快速。
文檔編號G05F1/02GK101406984SQ20081020299
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者舒振宇 申請人:上海滬工電焊機製造有限公司