一種飛機鉚釘電磁感應加熱控制裝置的製作方法
2023-05-04 18:03:06 1
專利名稱：一種飛機鉚釘電磁感應加熱控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種機械鉚接的控制裝置，具體地講是一種飛機鉚釘電磁感應加熱鉚接的控制裝置。
背景技術：
鉚接是飛機結構重要的聯接方法之一，鉚接質量極大地影響著飛機的壽命。隨著我國新機的增多，鈦合金、高溫合金、不鏽鋼等大直徑鉚釘緊固件的採用也愈來愈多，這些鉚釘材料冷塑性差、對應變率敏感、屈強比高、冷變形困難，使得普通的冷鉚技術存在鉚接難度大、效率低，需要在高溫下進行熱鉚接。
電磁感應加熱作為一種金屬加熱的新方法，具有效率高、速度快、節省能源等突出特點，它已在家居、廚具、冶金等行業得到了廣泛的應用，但我國還沒有把電磁感應加熱應用到飛機鉚釘的熱鉚接方法中。目前飛機的熱鉚接方法採用的仍是加熱和鉚接分離的鉚接方法，即用電烙鐵或鉚釘直接通電產生電阻熱給鉚釘加熱後，用夾持工具將鉚釘放到鉚釘孔裡，再用液壓或氣動鉚槍壓力錘鉚，這些方法存在加熱不均、效率低、電極接觸點易燒熔、操作不方便等缺點，無法保證飛機鉚接的效率和鉚接質量，這已影響了我國飛機維修能力。
發明內容
本發明的目的是提供一種採用電磁感應加熱原理的飛機鉚釘電磁感應加熱鉚接的控制裝置。
為了實現本發明目的，本發明採用的技術方案是本發明由相控整流電路、濾波電路、全橋逆變主電路、串聯諧振迴路、加熱線圈、主控制器DSP(數位訊號處理器)、存儲器、繼電器、模/數轉換電路、輸入信號調理電路、鍵盤、PWM光隔離電路、LCD液晶顯示器，其特點是濾波電路的電壓信號和串聯諧振迴路的電流信號都經輸入信號調理電路連接到模/數轉換電路，模/數轉換電路的輸出通過SPI接口與主控制器相連，主控制器輸出的四路PWM信號經隔離驅動後，兩路用於控制相控整流電路，另兩路控制全橋逆變主電路，串聯諧振迴路的輸出通過連接電纜與加熱線圈相連，上述環節構成了諧振頻率自動跟蹤逆變控制迴路；上述主控制器還與存儲器、看門狗、繼電器驅動電路、鍵盤以及LCD液晶顯示器相連接。
上述的相控整流電路在主控制器產生的PWM脈衝方波的控制下輸出加熱鉚釘所需的母線電壓；諧振頻率的自動跟蹤採用自校正極值尋優控制算法，使諧振迴路在一定母線電壓下始終輸出極大值電流，實現諧振頻率的自動跟蹤。
上述的相控整流電路在主控制器產生的PWM脈衝方波的控制下輸出要求的整流電壓；上述的全橋逆變主電路由4個IGBT開關管組成，上下橋臂在主控制器產生的對稱PWM方波的控制下輪流導通和關閉。
上述的串聯諧振迴路主要由給鉚釘加熱的線圈和諧振電容組成，諧振頻率在20KHz～35KHz。
上述的串聯諧振迴路通過霍爾傳感器將諧振電壓和電流反饋給輸入信號調理電路。
上述的模/數轉換電路的A/D轉換晶片為一多通道模數轉換晶片，通過SPI接口與DSP相連接。
由於本發明飛機鉚釘電磁感應加熱控制裝置採用嵌入式CPU的數位訊號處理器DSP為核心控制器，簡化了系統硬體結構、縮小設備體積，提高系統的可靠性和自動化程度。由於主電路採用IGBT全橋串聯諧振逆變器，同時採用自校正極值尋優控制算法實現諧振頻率的自動跟蹤，保證了逆變開關管在零電壓下開通和關斷，提高了系統的熱功效率和熱穩定性，所以該發明完全適用於飛機電磁感應熱鉚接的控制系統。
圖1為本發明的電路原理框圖。
圖2為本發明的諧振頻率自動跟蹤控制框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
本發明包括相控整流電路、濾波電路、全橋逆變主電路、諧振迴路、加熱線圈、主控制器、存儲器、繼電器、模/數轉換電路、輸入信號調理電路、鍵盤、PWM光隔離電路、LCD液晶顯示器。輸入的交流220V市電連接到相控整流電路；相控整流電路的輸出經濾波電路後和全橋逆變主電路相連，逆變主電路的輸出連接到串聯諧振迴路，串聯諧振迴路的輸出通過連接電纜與加熱線圈相連。主控制器與PWM脈衝隔離驅動、存儲器、看門狗、繼電器驅動電路、模/數轉換電路、鍵盤、外部信號調理輸入電路以及LCD液晶顯示器相連接。繼電器驅動電路輸出與繼電器組相連接。同時，PWM脈衝隔離驅動的輸出分別和相控整流電路、全橋逆變主電路相連。串聯諧振迴路輸出的電壓和電流信號輸入到信號調理輸入電路，輸入信號調理電路的輸出與模/數轉換電路相連。如圖1所示。
本發明的系統上電後，液晶屏顯示電磁熱鉚接系統的操作界面，主控制器根據操作者從鍵盤輸入有關鉚釘的尺寸和材料等參數，從存儲器中的數據表中查出加熱所需的磁化電壓、電流以及加熱時間等控制參數。主控制器產生兩組PWM控制信號輸出到相控整流電路和全橋逆變主電路控制產生中頻磁化電壓和磁化電流。輸入的交流220V交流電經過相控整流濾波後產生的直流電壓輸入到全橋逆變主電路，輸出的脈衝方波輸出到由電容和加熱線圈構成的串聯諧振迴路，產生脈衝磁場使鉚釘發熱，同時磁化的電壓、電流信號經輸入信號調理電路後由模/數轉換電路反饋回主控制器單元。主控制器根據反饋的磁化電壓和電流信號調節PWM信號保證電磁熱鉚接的輸出熱功率。
若電路出現過壓、過流等情況，主控制器控制繼電器驅動電路輸出不同的過壓、過流、過溫和報警4種繼電器開關量信號。
由於不同材料鉚釘的鉚接溫度不一樣，本發明通過加熱時間控制鉚接溫度，將飛機上常用的鈦合金、鋁合金和不鏽鋼材料鉚釘按不同尺寸加熱需要的鉚接溫度所需的加熱時間等控制參數保存到主控制系統的存儲器中。
本發明採用自較正極值尋優控制算法實現諧振頻率的自動跟蹤，其中控制外環為電壓控制環，使相控整流濾波電路產生指定的母線電壓，滿足不同材料和直徑鉚釘不同熱鉚接電壓的需要。內環為諧振電流控制環，採用自校正極值尋優控制算法，通過改變逆變主電路的PWM信號頻率使諧振電流始終保持在最大極值，間接實現諧振頻率的自動跟蹤，因為只有在諧振頻率點諧振電流才會達到最大值。通過上述方法保證了飛機鉚釘在電磁熱鉚接時，當加熱溫度、鉚釘磁導率時變化時，控制系統都能實時跟蹤諧振頻率，實現零電壓換流並始終工作在功率因數接近或等於1的諧振狀態，提高系統的熱效和熱穩定性。如圖2所示。
最後應說明，本發明的實施僅用於說明技術方案而非限制。以上對本發明進行了詳細說明，使普通技術人員也可以理解，並且其依然可以對本發明所揭示的技術方案進行修改或者等同替換。而一切不脫離本發明技術方案的精神和範圍的修改和替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1.一種飛機鉚釘電磁感應加熱鉚接的控制裝置，包括相控整流電路、濾波電路、全橋逆變主電路、諧振迴路、加熱線圈、主控制器、存儲器、繼電器、模/數轉換電路、輸入信號調理電路、鍵盤、PWM光隔離電路、LCD液晶顯示器，其特徵在於濾波電路的電壓信號和串聯諧振迴路的電流信號都經輸入信號調理電路連接到模/數轉換電路，模/數轉換電路的A/D轉換晶片為一多通道模數轉換晶片，模/數轉換電路的輸出通過SPI接口和主控制器相連，主控制器輸出的四路PWM信號經隔離驅動後，兩路用於控制相控整流電路，另兩路控制全橋逆變主電路，串聯諧振迴路的輸出通過連接電纜和與加熱線圈相連。
2.如權利要求1所述的飛機鉚釘電磁感應加熱鉚接的控制裝置，其特徵在於主控制器還與存儲器、看門狗、繼電器驅動電路、鍵盤以及LCD液晶顯示器相連接。
3.如權利要求1所述的飛機鉚釘電磁感應加熱鉚接的控制裝置，其特徵在於全橋逆變主電路由4個IGBT開關管組成，上下橋臂在主控制器產生的對稱PWM方波的控制下輪流導通和關閉。
4.如權利要求1所述的飛機鉚釘電磁感應加熱鉚接的控制裝置，其特徵在於串聯諧振迴路由給鉚釘加熱的線圈和諧振電容組成，諧振頻率在20KHz～35KHz。
5.如權利要求1或4所述的飛機鉚釘電磁感應加熱鉚接的控制裝置，其特徵在於諧振迴路通過霍爾傳感器將諧振電壓和電流反饋給輸入信號調理電路。
全文摘要
本發明涉及一種飛機鉚釘電磁感應加熱鉚接的控制裝置，它包括相控整流電路、濾波電路、全橋逆變主電路、諧振迴路、加熱線圈、主控制器、模/數轉換電路、調理電路，其特點是濾波電路的電壓信號和諧振迴路的電流信號都經調理電路連接到模/數轉換電路，模/數轉換電路的輸出通過接口與主控制器相連，主控制器輸出的四路PWM信號經隔離驅動後，兩路用於控制相控整流電路，另兩路控制全橋逆變主電路，諧振迴路的輸出通過連接電纜與加熱線圈相連。由於本發明採用嵌入式CPU的DSP為核心控制器，簡化了系統硬體結構、縮小設備體積，提高系統的可靠性和自動化程度。
文檔編號B21J15/08GK1887476SQ200610019670
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月20日 優先權日2006年7月20日
發明者全書海, 陳啟宏, 卿華, 鄧堅, 鄒文, 楊海濤 申請人:武漢理工大學