一種模塊化斬波式等離子切割電源控制方法及裝置製造方法
2024-03-06 19:42:15
一種模塊化斬波式等離子切割電源控制方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了模塊化斬波式等離子切割電源控制方法及裝置，該方法為：電源輸出電壓開環控制軟啟動，然後斬波模塊輸出電流獨立階躍閉環控制：當氣隙擊穿引弧成功後，數位化控制器對斬波模塊的輸出電流進行獨立階躍閉環控制，並依據等離子切割電源總輸出電流指令值iz選擇不同的斬波模塊進行閉環控制。裝置包括在數字控制器內的總輸出指令電流設定模塊、斬波模塊指令電流分配模塊、四路數字PI算法模塊、四路PWM信號模塊和四路電流信號採樣模塊。本發明採用輸出電壓開環控制，輸出電流獨立閉環控制，無需實時檢測輸出電壓，控制簡單。本發明不用在電壓環和電流環之間不停地切換，容易引弧成功，可靠性高，並且可以延長使用壽命。
【專利說明】一種模塊化斬波式等離子切割電源控制方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於等離子切割電源【技術領域】，具體涉及一種基於模塊化斬波式拓撲結構的等離子切割電源的控制方法，該方法基於帶四路斬波模塊的全數字控制大功率等離子切割電源系統實現。
【背景技術】
[0002]空氣等離子弧切割是一種熱切割技術，利用等離子弧的高溫將被切金屬局部熔化並蒸發，同時藉助高速等離子氣流將已經熔化的金屬吹離母材，從而形成狹窄切口。等離子弧柱溫度高，通常可達18000?24000K,遠遠超過所有金屬的熔點,可以切割任何黑色和有色金屬材料，使用範圍廣。與雷射切割相比，具有生產效率高、被切割材料的品種範圍廣、厚度大和成本低等優勢；與火焰切割相比，具有可實現無掛渣切割、明顯減少了二次加工、熱影響區較小等優勢。
[0003]等離子切割電源是等離子切割過程中提供和控制能量的關鍵設備，其性能的好壞對等離子弧產生的可靠性、切割質量和生產效率都起著至關重要的作用。目前等離子切割電源主要分為逆變式和斬波式兩種拓撲結構。逆變式等離子切割電源採用了高頻逆變技術，具有體積小，重量輕等優點，然而逆變式等離子切割電源對功率器件要求高，控制電路複雜，工作環境惡劣，存在可靠性低的問題。逆變式等離子切割電源輸出電流多為30A?200A，一般應用在20kW以下的場合。功率等級在20kW以上的等離子切割電源一般採用斬波式拓撲結構，同時為了進一步提高系統的容量，減小功率開關管的電流應力，採用多路斬波模塊並聯的方式。具有控制電路簡單、開關頻率高、控制特性好、可靠性高等優點，是當前大功率等離子切割電源的主流。
[0004]等離子切割電源控制系統設計的目的是通過電流閉環負反饋調節，來獲得切割電源所需要的外特性、調節特性和動特性。對於具有單個斬波模塊的等離子切割電源，目前已具有較成熟的控制方法，但對於多個斬波模塊並聯的等離子切割電源，還需要協調各個斬波模塊之間的工作狀態，以減小輸出電流的紋波，最大效率的利用斬波模塊，延長使用壽命。因此，發明一種多個斬波模塊的等離子切割電源控制方法，實現等離子切割電源的高精度控制，提高整個系統的運行效率，具有重要意義。
【發明內容】
[0005]本發明針對模塊化斬波式等離子切割電源的斬波模塊電路，提供了一種模塊化斬波式等離子切割電源控制方法，對每路斬波模塊的輸出電流獨立階躍閉環控制實現等離子切割電源高精度切割。
[0006]本發明提供的一種用於模塊化斬波式等離子切割電源的控制方法，包括下述步驟:
[0007]第I步開始切割時，等離子切割電源對輸出電壓進行開環控制，數位化控制器控制第一斬波模塊的PWM驅動信號脈衝的佔空比從O開始逐漸增大，電源輸出直流電壓從O開始斜坡上升，減小突加電壓對電源功率器件的衝擊；
[0008]第2步當氣隙擊穿引弧成功後，數位化控制器對各斬波模塊的輸出電流進行獨立階躍閉環控制，依據等離子切割電源總輸出電流指令值iz選擇不同的斬波模塊進行閉環控制，使控制系統不用在電壓環和電流環之間不停地切換；
[0009]第3步結束。
[0010]作為上述技術方案的優先方案，第2步具體包括下述過程:
[0011]如果總輸出指令電流值小於或等於電源額定電流值的1/4，則進入第2.1步，如果總輸出指令電流值大於電源額定電流值的1/4並小於或等於電源額定電流值的1/2，則進入第2.3步，其它情況，則進入第2.5步；
[0012]第2.1步總輸出電流全部由第一斬波模塊提供，第一斬波模塊的最大穩態指令電流值為總輸出指令電流值iz ;第二、第三和第四斬波模塊不輸出電流，第二、第三和第四斬波模塊的指令電流值始終為O ;第一斬波模塊的輸出電流採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz ；
[0013]第2.2步切割完成後，第一斬波模塊的輸出電流採用階梯方式從iz逐漸下降為0，每個階梯跳躍的電流值is和持續時間Ti與階梯上升時相同，然後進入第3步；
[0014]第2.3步總輸出電流由第一斬波模塊,第三斬波模塊共同提供,第一、第三斬波模塊的最大穩態指令電流值均為總輸出指令電流值iz的1/2 ;第二、第四斬波模塊不輸出電流，第二、第四斬波模塊的指令電流值始終為O ;第一斬波模塊的輸出電流先進行閉環控制，輸出電流採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/2，當第一斬波模塊的輸出電流達到iz/2時，第三斬波模塊再進行閉環控制，輸出電流同樣採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/2，使總輸出電流達到指令電流值iz ；
[0015]第2.4步切割完成後，第一斬波模塊輸出電流先進行閉環控制，採用階梯方式從iz/2逐漸下降為0，然後第三斬波模塊再進行閉環控制；為加快電流下降時間，不採用階梯方式下降，輸出電流從iz/2直接降為0，最後使總輸出電流降為0，然後進入第3步；
[0016]第2.5步總輸出電流由四個第一至第四斬波模塊共同提供；最大穩態指令電流值均為總輸出指令電流值iz的1/4 ;第一、第二斬波模塊先同時進行閉環控制，輸出電流採用階梯方式分別從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/4，當第一、第二斬波模塊的輸出電流達到iz/4時，維持不變；第三、第四斬波模塊再進行閉環控制，輸出電流同樣採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/4，使總輸出電流達到給定指令值iz ；
[0017]第2.6步切割完成後，第一、第二斬波模塊輸出電流先進行閉環控制，同時從iz/4階梯下降到第一、第二斬波模塊的最大穩態指令電流值iz/4的一半，即iz/8，第三、第四斬波模塊輸出電流值維持在原指令值iz/4 ;然後第一、第二斬波模塊輸出電流值維持在iz/8不變，第三、第四斬波模塊輸出電流進行閉環控制，同時從iz/4階梯下降到0，最後第一、第二斬波模塊輸出電流進行閉環控制，為加快電流下降時間，不採用階梯方式下降，同時從iz/8直接降為O ;最後使總輸出電流降為O。
[0018]實現上述控制方法的裝置包括設置在數字控制器內的總輸出指令電流設定模塊、斬波模塊指令電流分配模塊、四路數字PI算法模塊、四路PWM信號模塊和四路電流信號採樣模塊；
[0019]其中，總輸出指令電流值設定模塊用於根據工件的切割工藝參數確定總輸出指令電流值iz，並輸入給斬波模塊指令電流分配模塊；
[0020]斬波模塊指令電流分配模塊用於根據總輸出指令電流值iz分別計算出四個斬波模塊的指令電流值，並將對應的電流信號輸入給各路數字PI算法模塊；
[0021]各路電流信號採樣模塊用於採集同路斬波模塊的輸出電流值，並分別輸出至同路數字PI算法模塊；
[0022]各路數字PI算法模塊將同路電流信號採樣模塊得到的斬波模塊輸出電流值與同路斬波模塊的指令電流值比較，通過數字PI算法得到PWM驅動信號脈衝的佔空比，並輸入給同路PWM信號模塊；
[0023]各路PWM信號模塊通過控制同路斬波模塊，完成等離子切割電源電流的閉環控制。
[0024]本發明方法基於帶四路斬波模塊的全數字控制大功率等離子切割電源系統實現，具體而言，本發明具有以下有益效果:
[0025](I)等離子切割電源採用輸出電壓開環控制，輸出電流獨立閉環控制，無需實時檢測輸出電壓，控制簡單。控制系統不用在電壓環和電流環之間不停地切換，容易引弧成功，
可靠性高。
[0026](2)輸出電壓軟啟動減少了輸出電壓對各功率器件的衝擊，延長了功率器件的使用壽命。
[0027](3)輸出電流啟動時階梯緩上升和切割結束時採用輸出電流階梯緩降可以使等離子弧緩慢消失，從而延長割炬等易損件的使用壽命。
[0028](4)根據不同的總輸出指令電流值選擇相應的斬波模塊工作，確保每個斬波模塊的工作效率最高，同時延長了使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是一種全數字控制大功率等離子切割電源系統的結構示意圖。
[0030]圖2是斬波模塊的結構示意圖。
[0031]圖3是等離子切割電源電流閉環控制裝置的結構框圖。
[0032]圖4是四路斬波模塊指令電流時序圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明。在此需要說明的是，對於這些實施方式的說明用於幫助理解本發明，但並不構成對本發明的限定。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0034]如圖1所示，具有四路斬波模塊的大功率等離子切割電源系統由主變壓器2、四路斬波模塊3、匯流板4、高頻引弧電路5以及數位化控制器6組成，其中主變壓器2原邊是一組輸入繞組21，用於接三相380VAC交流電網1，副邊是四組相互隔離的輸出繞組22，23，24，25，分別連接四路斬波模塊3的31，32，33，34。如圖2所示，每一路斬波模塊均由整流橋模塊301，濾波儲能電容302，斬波開關管303，濾波電感304依次連接組成。其中整流橋模塊301輸入端連接主變壓器的其中一組副邊繞組，濾波電感304均與匯流板4連接。所述每一路斬波模塊還包含電流霍爾互感器305，用於檢測斬波模塊的輸出電流，以及PWM驅動電路306，用於控制斬波模塊上開關管的通斷。其中，電流霍爾互感器305 —端與濾波電感304相連接，另一端連接數位化控制器6 ;PWM驅動電路306 —端與斬波開關管相連接，另一端連接數位化控制器6。匯流板4的輸入接四路斬波模塊3，用於匯流四個斬波模塊3的輸出電流，形成總的工作電流，輸出連接高頻引弧電路5和工件8。高頻引弧電路串聯在匯流板4和割炬7之間，用於引弧過程中產生高頻高壓脈衝信號，擊穿工件和電極之間的氣隙，點燃等離子弧。數位化控制器6以TI公司的數字處理晶片為控制核心，完成等離子切割電源的控制，同時與數控工具機進行通訊，實現工業自動化切割。
[0035]本發明方法基於全數字控制大功率等離子切割電源系統，該系統包括四路斬波模塊，控制方法包括下述步驟:
[0036]1、電源輸出電壓開環控制軟啟動
[0037]開始切割時，等離子切割電源對輸出電壓進行開環控制，數位化控制器6控制單個斬波模塊31的PWM驅動信號脈衝的佔空比從O開始逐漸增大，電源輸出直流電壓從O開始斜坡上升，減小了突加電壓對電源功率器件的衝擊。
[0038]2、斬波模塊輸出電流獨立階躍閉環控制
[0039]當氣隙擊穿引弧成功後，數位化控制器6對斬波模塊的輸出電流進行獨立階躍閉環控制，採用常規的比例積分(PI)控制算法。並依據等離子切割電源總輸出電流指令值iz選擇不同的斬波模塊進行閉環控制，具體的:
[0040]a.總輸出指令電流值iz小於或等於電源額定電流值的1/4
[0041]總輸出電流全部由斬波模塊31提供,斬波模塊31的最大穩態指令電流值為總輸出指令電流值iz。斬波模塊32，33，34不輸出電流，斬波模塊32，33，34的指令電流值始終為O。斬波模塊31的輸出電流採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz。
[0042]切割完成後，斬波模塊31的輸出電流採用階梯方式從iz逐漸下降為O。每個階梯跳躍的電流值is和持續時間Ti與階梯上升時相同。
[0043]b.總輸出指令電流值iz大於電源額定電流值的1/4並小於或等於電源額定電流值的1/2
[0044]總輸出電流由斬波模塊31，33共同提供，斬波模塊31，33的最大穩態指令電流值均為總輸出指令電流值iz的1/2。斬波模塊32，34不輸出電流，斬波模塊32，34的指令電流值始終為O。
[0045]斬波模塊31的輸出電流先進行閉環控制，輸出電流採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/2，當斬波模塊31的輸出電流達到iz/2時，斬波模塊33再進行閉環控制，輸出電流同樣採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/2，使總輸出電流達到指令電流值iz。
[0046]切割完成後，斬波模塊31輸出電流先進行閉環控制，採用階梯方式從iz/2逐漸下降為0，然後斬波模塊33再進行閉環控制。為加快電流下降時間，不採用階梯方式下降，輸出電流從iz/2直接降為0，最後使總輸出電流降為O。
[0047]c.總輸出指令電流值大於電源額定電流值的1/2
[0048]總輸出電流由四個斬波模塊31，32，33，34共同提供。最大穩態指令電流值均為總輸出指令電流值iz的1/4。斬波模塊31，32先同時進行閉環控制，輸出電流採用階梯方式分別從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/4，當斬波模塊31，32的輸出電流達到iz/4時，維持不變；斬波模塊33，34再進行閉環控制，輸出電流同樣採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/4,使總輸出電流達到給定指令值iz。
[0049]切割完成後，斬波模塊31，32輸出電流先進行閉環控制，同時從iz/4階梯下降到斬波模塊31，32的最大穩態指令電流值iz/4的一半，即iz/8，斬波模塊33，34輸出電流值維持在原指令值iz/4。然後斬波模塊31，32輸出電流值維持在iz/8不變，斬波模塊33，34輸出電流進行閉環控制，同時從iz/4階梯下降到0，最後斬波模塊31，32輸出電流進行閉環控制，為加快電流下降時間，不採用階梯方式下降，同時從iz/8直接降為O。最後使總輸出電流降為O。
[0050]三種情況的階梯上升或下降階段的每個階梯跳躍的電流值is和持續時間Ti是相同的。電流值is可以根據等離子切割電源額定輸出電流確定為is = iMto/40，持續時間Ti根據數位化控制器6採用的控制晶片的運算速度一般為10?20ms。
[0051]如，採用TI公司的TMS320LF28335晶片或者TMS320LF2812晶片為控制核心，其中TMS320LF28335晶片運算速度較快，持續時間Ti可以選為10ms，加快調節過程。TMS320LF2812晶片價格相對較低，但運算速度相對較慢，持續時間Ti可以選為20ms。
[0052]如圖3所示，等離子切割電源電流閉環控制裝置包括設置在數字控制器內的總輸出指令電流設定模塊、斬波模塊指令電流分配模塊，每一至第四數字PI算法模塊，每一至第四PWM信號模塊，以及每一至第四電流信號採樣模塊，用於實現對每一至第四斬波模塊的控制。其中總輸出指令電流值設定模塊根據工件的切割工藝參數確定總輸出指令電流值iz，並輸入給斬波模塊指令電流分配模塊，斬波模塊指令電流分配模塊根據總輸出指令電流值iz分別計算出各斬波模塊的指令電流值，並輸入給各數字PI算法模塊。各路電流信號採樣模塊用於採集該路斬波模塊的輸出電流值，並分別輸出至該路數字PI算法模塊；各路數字PI算法模塊將該路電流信號採樣模塊得到的斬波模塊輸出電流值與該路斬波模塊的指令電流值比較，通過數字PI算法得到PWM驅動信號脈衝的佔空比，並輸入給該路PWM信號模塊，該路PWM信號模塊通過控制該路斬波模塊，完成等離子切割電源電流的閉環控制。
[0053]下面通過一臺額定功率80kW額定輸出電流400A的斬波式等離子切割電源實施例更加詳細地說明本發明。但以下實施例僅是說明性的，本發明的保護範圍並不受這些實施例的限制。該實例包括電壓軟啟動和電流閉環控制兩部分:
[0054]1、電壓軟啟動
[0055]開始切割時，數位化控制器6控制斬波模塊31的輸出直流電壓從O開始斜坡上升，其他斬波模塊32，33，34不工作。
[0056]斬波模塊31的PWM驅動信號脈衝的佔空比從O開始逐漸增大，其中PWM驅動信號周期為80 μ S，每個周期中PWM信號的佔空比增加0.00016，當PWM驅動信號的佔空比增大到最大佔空比0.95時，此時輸出電壓達到360V。由於還未引弧，沒有電流通路，等離子切割電源輸出電流為O。
[0057]2、輸出電流閉環控制
[0058]數位化控制器6控制高頻引弧電路5擊穿工件和割炬之間的氣隙，點燃等離子弧，等離子切割電源與工件之間的迴路形成。
[0059]數位化控制器6對斬波模塊3的輸出電流進行獨立閉環控制，如圖4所示。
[0060]數位化控制器6中的總輸出指令電流值設定模塊根據工件的切割工藝參數確定總輸出指令電流值iz，範圍為10?400A。數位化控制器6中的斬波模塊指令電流分配模塊根據總輸出指令電流值iz選擇不同的斬波模塊進行閉環控制，同時給出每個斬波模塊的指令電流值。然後每個斬波模塊的輸出電流通過自身的電流霍爾互感器305採樣，反饋到數位化控制器6的電流信號採樣模塊。數字PI控制算法模塊將每個電流信號採樣模塊得到的電流值與該斬波模塊的指令電流值比較，經過數字PI控制算法得到PWM驅動信號脈衝的佔空比，輸出到PWM信號模塊，PWM信號模塊通過控制斬波模塊的PWM驅動電路306觸發開關管的導通和關斷，完成等離子切割電源的閉環控制。
[0061]控制晶片採用TI公司的TMS320LF28335晶片，其中每個階梯跳躍的電流值is為10A，持續時間為Ti選擇10ms。
[0062]具體的:
[0063]a.總輸出指令電流值iz小於或等於電源額定電流值irate的1/4(100A)
[0064]總輸出電流全部由斬波模塊31提供,斬波模塊31的最大穩態指令電流值為總輸出指令電流值iz。斬波模塊32，33，34不輸出電流，斬波模塊32，33，34的指令電流值始終為O。
[0065]斬波模塊31的輸出電流採用階梯上升到最大穩態指令電流值iz，即斬波模塊的輸出電流閉環控制的指令值從O開始階躍到is，持續時間為Ti,然後繼續階躍到2is，持續時間仍為Ti,以此類推，最後上升到系統要求的最大穩態指令電流值iz，從而實現斬波模塊的輸出電流穩定精確控制。每個階梯跳躍的電流值is和持續時間Ti根據等離子切割電源功率器件參數確定。
[0066]切割完成後，數位化控制器6對斬波模塊31的輸出電流進行閉環控制，從iz階梯下降為O。即斬波模塊的輸出電流閉環控制的指令值從込開始階躍到iz_is，持續時間為Ti,然後繼續階躍到 213，持續時間仍為1\，以此類推。最後下降到O。每個階梯跳躍的電流值is和持續時間Ti與階梯上升時相同。
[0067]b.總輸出指令電流值iz大於電源額定電流值irate的1/4(100A)並小於或等於電源額定電流值irate的1/2(200A)
[0068]總輸出電流由斬波模塊31，33共同提供，斬波模塊31，33的最大穩態指令電流值均為總輸出指令電流值iz的1/2。斬波模塊32，34不輸出電流，斬波模塊32，34的指令電流值始終為O。
[0069]斬波模塊31的輸出電流先進行閉環控制，輸出電流採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/2，每個階梯跳躍的電流值為is和持續時間為Ti,斬波模塊33的輸出電流維持O不變。當斬波模塊31的輸出電流達到iz/2時，斬波模塊33再進行閉環控制，輸出電流同樣採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/2，每個階梯跳躍的電流值為is和持續時間為1\。最後使總輸出電流達到給定指令值iz。
[0070]為減小輸出電流紋波，斬波模塊31，33功率開關管上的驅動信號相位相差180°。
[0071]切割完成後，數位化控制器6對斬波模塊31輸出電流先進行閉環控制，採用階梯方式從iz/2逐漸下降為0，每個階梯跳躍的電流值為is和持續時間為1\。然後斬波模塊33再進行閉環控制，為加快電流下降時間，不採用階梯方式下降，輸出電流從iz/2直接降為0，最後使總輸出電流降為O。
[0072]c.總輸出指令電流值大於電源額定電流值iMte的1/2(200A)[0073]總輸出電流由四個斬波模塊31，32，33，34共同提供，最大穩態指令電流值均為總輸出指令電流值12的1/4。
[0074]斬波模塊31，32先同時進行閉環控制，輸出電流採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/4，每個階梯跳躍的電流值為is和持續時間為Titj斬波模塊33，34的輸出電流維持O不變。當斬波模塊31，32的輸出電流達到iz/4時，斬波模塊33，34再進行閉環控制，輸出電流同樣採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/4，每個階梯跳躍的電流值為is和持續時間為T」最後使總輸出電流達到給定指令值iz。
[0075]為減小輸出電流紋波，斬波模塊31，32中功率開關管上的驅動信號相位相同，斬波模塊33，34中功率開關管上的驅動信號相位相同，並與斬波模塊31，32中功率開關管上的驅動信號相位相差180°
[0076]切割完成後，數位化控制器6對斬波模塊31，32輸出電流先進行閉環控制，同時從iz/4階梯下降到斬波模塊31，32的最大穩態指令電流值iz/4的一半，即iz/8，每個階梯跳躍的電流值為is和持續時間為Ti,斬波模塊33，34輸出電流值維持在原指令值iz/4。然後斬波模塊31，32輸出電流值維持在iz/8不變，斬波模塊33，34輸出電流進行閉環控制，同時從iz/4階梯下降到0，每個階梯跳躍的電流值為is和持續時間為Ti,最後斬波模塊31，32輸出電流進行閉環控制，為加快電流下降時間，不採用階梯方式下降，同時從iz/8直接降為
O。最後使總輸出電流降為O。
[0077]本發明不僅局限於上述【具體實施方式】，本領域一般技術人員根據實施例和附圖公開的內容，可以採用其它多種【具體實施方式】實施本發明，因此，凡是採用本發明的設計結構和思路，做一些簡單的變化或更改的設計，都落入本發明保護的範圍。
【權利要求】
1.一種用於模塊化斬波式等離子切割電源的控制方法，包括下述步驟: 第I步開始切割時，等離子切割電源對輸出電壓進行開環控制，數位化控制器控制第一斬波模塊的PWM驅動信號脈衝的佔空比從O開始逐漸增大，電源輸出直流電壓從O開始斜坡上升，減小突加電壓對電源功率器件的衝擊； 第2步當氣隙擊穿引弧成功後，數位化控制器對各斬波模塊的輸出電流進行獨立階躍閉環控制，依據等離子切割電源總輸出電流指令值iz選擇不同的斬波模塊進行閉環控制，使控制系統不用在電壓環和電流環之間不停地切換； 第3步結束。
2.根據權利要求1所述的模塊化斬波式等離子切割電源控制方法，其特徵在於，第2步具體包括下述過程: 如果總輸出指令電流值-小於或等於電源額定電流值的1/4，則進入第2.1步，如果總輸出指令電流值-大於電源額定電流值的1/4並小於或等於電源額定電流值的1/2，則進入第2.3步，其它情況，則進入第2.5步； 第2.1步總輸出電流全部由第一斬波模塊提供，第一斬波模塊的最大穩態指令電流值為總輸出指令電流值iz ;第二、第三和第四斬波模塊不輸出電流，第二、第三和第四斬波模塊的指令電流值始終為O ;第一斬波模塊的輸出電流採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz ; 第2.2步切割完成後，第一斬波模塊的輸出電流採用階梯方式從iz逐漸下降為O，每個階梯跳躍的電流值is和持續時間Ti與階梯上升時相同，然後進入第3步； 第2.3步總輸出電流由第一斬波模塊，第三斬波模塊共同提供，第一、第三斬波模塊的最大穩態指令電流值均為總輸出指令電流值iz的1/2 ;第二、第四斬波模塊不輸出電流,第二、第四斬波模塊的指令電流值始終為O ;第一斬波模塊的輸出電流先進行閉環控制，輸出電流採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/2，當第一斬波模塊的輸出電流達到iz/2時，第三斬波模塊再進行閉環控制，輸出電流同樣採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/2，使總輸出電流達到指令電流值iz ； 第2.4步切割完成後，第一斬波模塊輸出電流先進行閉環控制，採用階梯方式從iz/2逐漸下降為O，然後第三斬波模塊再進行閉環控制；為加快電流下降時間，不採用階梯方式下降，輸出電流從iz/2直接降為O，最後使總輸出電流降為O，然後進入第3步； 第2.5步總輸出電流由四個第一至第四斬波模塊共同提供；最大穩態指令電流值均為總輸出指令電流值iz的1/4 ;第一、第二斬波模塊先同時進行閉環控制，輸出電流採用階梯方式分別從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/4，當第一、第二斬波模塊的輸出電流達到iz/4時，維持不變；第三、第四斬波模塊再進行閉環控制，輸出電流同樣採用階梯方式從O逐漸上升到最大穩態指令電流值iz/4，使總輸出電流達到給定指令值iz ； 第2.6步切割完成後，第一、第二斬波模塊輸出電流先進行閉環控制，同時從iz/4階梯下降到第一、第二斬波模塊的最大穩態指令電流值iz/4的一半，即iz/8，第三、第四斬波模塊輸出電流值維持在原指令值iz/4 ;然後第一、第二斬波模塊輸出電流值維持在iz/8不變，第三、第四斬波模塊輸出電流進行閉環控制，同時從iz/4階梯下降到O，最後第一、第二斬波模塊輸出電流進行閉環控制，為加快電流下降時間，不採用階梯方式下降，同時從iz/8直接降為O ;最後使總輸出電流降為O。
3.根據權利要求2所述的模塊化斬波式等離子切割電源控制方法，其特徵在於，電流值is根據等離子切割電源額定輸出電流iMte設定為is =仁_/40。
4.根據權利要求2或3所述的模塊化斬波式等離子切割電源控制方法，其特徵在於，持續時間Ti根據等離子切割電源控制晶片的運算速度設為IOms?20ms。
5.一種實現權利要求1所述控制方法的裝置，其特徵在於，該裝置包括設置在數字控制器內的總輸出指令電流設定模塊、斬波模塊指令電流分配模塊、四路數字PI算法模塊、四路PWM信號模塊和四路電流信號採樣模塊； 其中，總輸出指令電流值設定模塊用於根據工件的切割工藝參數確定總輸出指令電流值iz，並輸入給斬波模塊指令電流分配模塊； 斬波模塊指令電流分配模塊用於根據總輸出指令電流值iz分別計算出四個斬波模塊的指令電流值，並將對應的電流信號輸入給各路數字PI算法模塊； 各路電流信號採樣模塊用於採·集同路斬波模塊的輸出電流值，並分別輸出至同路數字PI算法模塊； 各路數字PI算法模塊將同路電流信號採樣模塊得到的斬波模塊輸出電流值與同路斬波模塊的指令電流值比較，通過數字PI算法得到PWM驅動信號脈衝的佔空比，並輸入給同路PWM信號模塊； 各路PWM信號模塊通過控制同路斬波模塊，完成等離子切割電源電流的閉環控制。
【文檔編號】H02M7/12GK103433608SQ201310350153
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月12日 優先權日:2013年8月12日
【發明者】王興偉, 林樺, 鍾和清, 鄧禹, 蔡濤, 林磊 申請人:華中科技大學