CN101406984A - Tig焊接电源闭环模糊控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种TIG焊接电源闭环模糊控制方法，包括步骤：1)电弧电流经电流采样单元检测转变为相应的电压信号，经滤波限幅后进入DSP的A/D转换通道转换为数字离散值If，CPU比较If和预置焊接电流变量Ig，得到偏差e和偏差变化率ec；2)DSP根据e和ec运行模糊控制算法程序，求出消除e所需的控制信号u，并传递给PWM模块，直接控制PWM脉宽，经分频电路后输出两路互不重叠的脉冲信号，经IGBT专用驭动芯片功率放大后，分别驭动两组IGBT开关管，使其交替导通来改变输出电压的占空比，从而实现对电流的控制，其中模糊控制算法程序包括输入量的模糊化、模糊关系运算、模糊决策以及决策结果的精确化，本发明能较好控制TIG焊电流恒值、响应快速。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接电源控制方法技术领域，特别涉及TIG焊接电源控制方法技术领域，具体是指一种TIG焊接电源闭环模糊控制方法。
背景技术
钨极氩弧焊(Tungsten Inert Gas Welding，简称TIG焊)是焊接有色金属及其合金，如铝、镁及其合合金、不锈钢等的理想方法，具有电弧稳定、焊缝成形美观等优点。但是在现场施焊过程中，由于工况不同，电弧受到各种因素的干扰，如：电弧长度的变化，工件的不平度，保护气体的纯度、流量和供电电网的波动等，都会使焊接电流电压偏离稳定工作点。如果焊接电流、电压能快速自动地返回稳定工作点，则电弧可以持续稳定燃烧。由此可见，电源工作的稳定性和可靠性主要依靠控制系统，它是整个电源的核心。
国内外的一些研究机构(如北工大、华南理工、奥地利Fonius等)将模糊逻辑应用于弧焊电源控制系统中，主要是基于MCU；也有学者利用数字信号处理器(DSP)的高运算速度，缩短PI运算时间、增加采样点，提高控制精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TIG焊接电源闭环模糊控制方法，该控制方法能较好控制TIG焊电流恒值、响应快速。
为了达到上述的目的，本发明提供一种TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其包括步骤：
1)电弧电流经电流采样单元检测转变为相应的电压信号，经滤波限幅后进入DSP的A/D转换通道转换为数字离散值If，CPU比较If和预置焊接电流变量Ig，得到偏差e和偏差变化率ec；
2)DSP根据e和ec运行模糊控制算法程序，求出为消除e所需的控制信号u，并传递给DSP内置的PWM模块，直接控制DSP输出的PWM脉宽，从而控制输出电流。
较佳地，所述电流采样单元采用霍尔电流传感器，所述电弧电流通过所述霍尔电流传感器检测获得。
较佳地，所述DSP是TMS320F240芯片。
较佳地，所述PWM脉宽经分频电路后输出两路互不重叠的脉冲信号，这两路脉冲信号经过IGBT专用驭动芯片功率放大后，分别驭动两组IGBT开关管，使其交替导通来改变输出电压的占空比，从而实现对输出电流的控制。
较佳地，所述模糊控制算法程序把包括输入量的模糊化、模糊关系运算、模糊决策以及决策结果的精确化。
采用了本发明的TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其将DSP和模糊控制的优点结合在一起，利用DSP芯片丰富的片内外设，减少了外围器件，独特内核结构更利于模糊控制算法的运算，结合模糊控制，对TIG焊接电流有良好的控制效果，响应快速。
附图说明
图1是本发明的一具体实施例的基本结构示意图。
图2是本发明的离散模糊控制的工作原理示意图。
图3是本发明的模糊控制软件流程示意图。
图4是本发明的模糊控制对阶跃信号的响应图。
具体实施方式
以下将对本发明的TIG焊接电源闭环模糊控制方法作进一步详细描述。
请参阅图3所示，本发明的TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其包括步骤：
1)电弧电流经电流采样单元检测转变为相应的电压信号，经滤波限幅后进入DSP的A/D转换通道转换为数字离散值If，CPU比较If和预置焊接电流变量Ig，得到偏差e和偏差变化率ec；2)DSP根据e和ec运行模糊控制算法程序，求出为消除e所需的控制信号u，并传递给DSP内置的PWM模块，直接控制DSP输出的PWM脉宽，从而控制输出电流。
在本发明的一具体实施例中，所述电流采样单元采用霍尔电流传感器，所述电弧电流通过所述霍尔电流传感器检测获得。
在本发明的一具体实施例中，所述DSP是TMS320F240芯片。
在本发明的一具体实施例中，所述PWM脉宽经分频电路后输出两路互不重叠的脉冲信号，这两路脉冲信号经过IGBT专用驭动芯片功率放大后，分别驭动两组IGBT开关管，使其交替导通来改变输出电压的占空比，从而实现对输出电流的控制。
在本发明的一具体实施例中，所述模糊控制算法程序把包括输入量的模糊化、模糊关系运算、模糊决策以及决策结果的精确化。
请参阅图1所示，适于本发明的TIG焊接电源闭环模糊控制系统，包括DSP控制单元、电流采样单元、过电流保护单元、过热保护单元、过/欠电源保护单元和参数设置单元，参数设置单元包括键盘、显示器和驱动芯片，驱动芯片分别电连接键盘和显示器用于驱动键盘和显示器。DSP控制单元包括DSP芯片、时钟电路、电源电路和复位电路，时钟电路、电源电路和复位电路分别与DSP芯片电连接，DSP芯片分别电连接电流采样单元、过电流保护单元、过热保护单元、过/欠电源保护单元和驱动芯片。较佳地，所述DSP芯片是TMS320F240芯片。较佳地，所述电流采样单元采用霍尔电流传感器。
模糊控制是整个系统的核心，主要完成输入量的模糊化、模糊关系运算、模糊决策以及决策结果的解模糊处理(精确化)等重要过程，由软件编程来实现。由MATLAB7.0辅助设计，采用典型的两输入单输出的模糊控制，其结构见图2。程序流程如图3所示。为了加快控制过程，缩短过渡时间，在程序中分两个环节进行，当电流偏差大于3A时，系统进入加速控制过程，让信号迅速逼近给定值；当偏差小于等于3A时，系统进入模糊控制环节，根据偏差和偏差变化率，量化后查询模糊离线总控制表，取出控制量的增量，然后进行控制。
在仿真分析中，模糊控制子程序直接影响驭动IGBT的脉冲波形，所以在未仿真调试好参数的情况下直接联机实验是不安全的，可能损坏IGBT。模糊控制系统对阶跃信号的响应如图4所示。从图中可以看出，弧长的电阻值从0.15Ω变到0.1Ω，电流变化响应在12ms内达到稳态，无超调和振荡。
本发明的有益效果主要有：(1)采用TMS320F240为核心，它具有丰富的片内外设，减少了外围器件，独特内核结构更利于模糊控制算法的运算。(2)从仿真结果可以看出，所设计的模糊控制系统对TIG焊接电流有良好的控制效果，使电流很快回到稳定工作点，而且比较平滑。(3)应用MATLAB的Fuzzy工具箱生成离散模糊控制表固化DSP的flash中，减少了运算难度，提高计算速度。
因此，本发明将DSP和模糊控制的优点结合在一起，利用DSP芯片丰富的片内外设，减少了外围器件，独特内核结构更利于模糊控制算法的运算，结合模糊控制，对TIG焊接电流有良好的控制效果，响应快速。
综上，本发明的TIG焊接电源闭环模糊控制方法能较好控制TIG焊电流恒值、响应快速。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (5)
1.一种TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其特征在于，包括步骤：
1)电弧电流经电流采样单元检测转变为相应的电压信号，经滤波限幅后进入DSP的A/D转换通道转换为数字离散值If，CPU比较If和预置焊接电流变量Ig，得到偏差e和偏差变化率ec；
2)DSP根据e和ec运行模糊控制算法程序，求出为消除e所需的控制信号u，并传递给DSP内置的PWM模块，直接控制DSP输出的PWM脉宽，从而控制输出电流。
2.如权利要求1所述的TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其特征在于，所述电流采样单元采用霍尔电流传感器，所述电弧电流通过所述霍尔电流传感器检测获得。
3.如权利要求1所述的TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其特征在于，所述DSP是TMS320F240芯片。
4.如权利要求1所述的TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其特征在于，所述PWM脉宽经分频电路后输出两路互不重叠的脉冲信号，这两路脉冲信号经过IGBT专用驭动芯片功率放大后，分别驭动两组IGBT开关管，使其交替导通来改变输出电压的占空比，从而实现对输出电流的控制。
5.如权利要求1所述的TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其特征在于，所述模糊控制算法程序把包括输入量的模糊化、模糊关系运算、模糊决策以及决策结果的精确化。
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| CN 200810202992 CN101406984A (zh) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | Tig焊接电源闭环模糊控制方法 |
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Publications (1)
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| CN101406984A true CN101406984A (zh) | 2009-04-15 |
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2008
- 2008-11-19 CN CN 200810202992 patent/CN101406984A/zh active Pending
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