CN103909323A - 一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统，包括：针对正弦波调制脉冲的数学模型，用于将焊接脉冲电流的峰值和基值的大小按正弦波规律变化，形成峰值、基值电流序列值；控制检测电路，用于实现双丝弧焊电源系统的闭环控制，采用DSP进行柔性编程，同时在数学模型的基础上，实现正弦波调制脉冲技术，使焊接脉冲电流的峰值和基值的大小变化由正弦波控制；智能专家焊接面板，用于实现人机交互功能，可对数学模型中的正弦波调制脉冲焊接参数进行调节，同时对焊接参数进行精选、一元化及其最优化建立正弦波控制脉冲电流焊接专家数据库。本发明实现易于操控的渐变能量焊接，使得焊接能量输入可有效精确调控、脉冲变化过渡平稳。

Description

一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统

技术领域

本发明涉及高速双丝弧焊的技术领域，尤其是指一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统。

背景技术

随着科技的发展，工业生产开始加强节能意识，提高资源利用率，同时要求产品尽可能轻量化，铝合金因其重量轻耐腐蚀比强度高价格适中等优点，铝合金类等轻质材料的应用越来越广泛，从而对焊接工艺、质量和效率都提出了新的要求，对焊接要求也越来越高，尤其在对厚度<1.5mm的薄片铝合金进行焊接时，容易焊穿等难题。脉冲MIG焊的出现解决了铝合金类轻质材料无法有效焊接的难题，然而，要获得良好的焊接效果，焊接工艺方法的不断提高，同时需要对焊接输入能量进行精确控制，提高焊接电弧的可控性，从而达到提高焊缝质量的目的。脉冲熔化极惰性气体保护焊(以下简称脉冲MIG焊)具有熔滴可控且均匀可靠飞溅少焊缝成型美观等优点，在目前工业生产实用中，是一种焊接质量较好的熔化极焊接方法，为解决铝合金的诸多焊接技术难点，研究者在常规脉冲MIG焊接技术的基础上开发出一种具有熔池搅拌作用的双脉冲MIG焊接技术，早在20世纪末日本就开始应用其焊铝，该技术能获得较好的焊缝外观和较高的焊接效率，并可减少气孔气泡发生率，细化焊缝晶粒。目前为止，双脉冲MIG焊是铝合金焊接的最佳解决方案之一，但不具备普遍的系统理论规律性。

同时双丝焊的出现，提高熔敷速率一倍以上，还能有效地提高电弧热效率，在相同熔敷速度的前提下有效减小热输入，对于防止焊接变形具有重要意义。双丝焊具有单丝焊无法比拟的优势，焊接效率高，热输入小，能够满足大电流焊接的需要。双丝焊由于两个电弧同在一个熔池上燃烧，不仅提高了总的焊接热输入，而且改变了热量公布的特点，在进行高速焊时能够获得优质美观的焊缝质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，针对铝合金类等轻质材料的应用越来越广泛的良好发展前景，根据国内外脉冲MIG焊接技术现状及发展趋势，提供一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统，具有良好的焊接性能及非常快的响应速度。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统，包括：

针对正弦波调制脉冲的数学模型，用于将焊接脉冲电流I_i的峰值和基值的大小按正弦波规律变化，形成峰值、基值电流序列值；

以DSP为控制核心的控制检测电路，用于实现双丝弧焊电源系统的闭环控制，保证系统输出电流电压具有稳定的闭环可控性，采用DSP进行柔性编程，使系统的控制过程实现数字化，同时在上述数学模型的基础上，实现正弦波调制脉冲技术，使焊接脉冲电流I_i的峰值和基值的大小变化由正弦波控制；

智能专家焊接面板，用于实现双丝弧焊电源系统的人机交互功能，可对数学模型中的正弦波调制脉冲焊接参数进行调节，同时对焊接参数进行精选、一元化及其最优化建立正弦波控制脉冲电流焊接专家数据库。

在所述数学模型中，脉冲峰值电流及其时间的关系式为：

I_pi=I_p0+A_ISin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)        （1）

t_pi=t_p0+A_tpSin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)       （2）

其中，脉冲峰值电流为I_pi，初始值为I_p0，脉冲峰值时宽为t_pi，初始值为t_p0；

脉冲基值电流及其时间的关系式为：

I_bi=I_b0+A_ISin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)        （3）

t_bi=t_b0–A_tbSin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)      （4）

其中，脉冲基值电流为I_bi，初始值为I_b0，脉冲基值时宽为t_bi，初始值为t_b0；

Ｎ是一个正弦波周期中的脉冲电流个数，A_I为正弦波脉冲峰值电流和脉冲基值电流的振幅，A_tp为正弦波脉冲电流峰值时宽的振幅，A_tb为正弦波脉冲电流基值时宽的振幅；

所述数学模型的建立包括以下步骤：

1）设在每一个正弦波周期T内脉冲电流峰值个数为N，在每一个正弦波的正半周期和负半周期中的脉冲电流峰值个数分别为n’和n，n、n’和N为大于0的自然数，n’≥n，正弦波的正半周期与负半周期中的脉冲电流值个数之比记作m，则有n’=mn，N=mn+n=n(m+1)，并称当m=1时为对称正弦波调制脉冲MIG焊，当m>1时为非对称正弦波调制脉冲MIG焊；

2）设正弦波脉冲电流峰值和基值持续时间的振幅均为A_t，并设定：A_t/t_p0为时间振幅系数，记作k_At，0≤k_At＜1；t_b0/t_p0为能量系数，记作k_t，k_t>0，则有

t_b0=k_t×t_p0            （5）

由于每个脉冲的电流值与其持续时间之积代表该脉冲的能量强度，其调制正弦波的振幅系数k_At和k_AI的调制目标和效果是一致的，故为了焊接过程中的参数一元化控制，设时间振幅系数和电流振幅系数相同，简称振幅系数，记作k_A，即有

k_At=k_AI=k_A             （6）；

3）脉冲峰值电流I_pi的数值大小主要是由其初始值I_p0决定，峰值大小变化由正弦函数Sin(2πt_i/T)调制，其变化幅度受振幅A_I限制；脉冲基值电流I_bi的大小主要是由其初始值I_b0决定，基值大小变化也由正弦函数Sin(2πt_i/T)调制，其变化幅度同样受振幅A_I限制，由于–1≤Sin(2πt_i/T)≤1，则有

I_p0–A_I≤I_pi≤I_p0+A_I (i=1,2,…,N)       （7）

I_b0–A_I≤I_bi≤I_b0+A_I (i=1,2,…,N)       （8）；

4）选定初始值I_b0时，须使I_b0–A_I满足最小维弧电流值，脉冲电流基值I_bi选定与脉冲电流峰值I_pi相同的正弦调制振幅A_I，使得脉冲电流峰值与基值之间的能量变化可调范围倍增，进而有利于适用差异较大的焊接材料和焊接条件，引用公式（2）和（4）则有

t_pi+t_bi=t_p0+t_b0+(A_tp–A_tb)Sin(2πt_i/T)       （9）

则 $T=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}(t_{\mathrm{pi}}+t_{\mathrm{bi}}),$ 可得

$T=N(t_{p0}+t_{b0})+(A_{\mathrm{tp}}-A_{\mathrm{tb}})\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Sin}(2\mathrm{\&pi;}{t}_i/T)---\left(10\right);$

5）由于–1≤Sin(2πt_i/T)≤1，则有

t_p0–A_tp≤t_pi≤t_p0+A_tp (i=1,2,…,N)

t_b0–A_tb≤t_bi≤t_b0+A_tb (i=1,2,…,N)

若选定正弦波脉冲电流峰值时间的振幅A_tp和正弦波脉冲电流基值时间的振幅A_tb相同，均为A_t，即

A_tp=A_tb=A_t

则T=N(t_p0+t_b0)

t_pi=t_p0+A_tSin(2πt_i/T),(i=1,2,…,N)        （11）

t_bi=t_b0–A_tSin(2πt_i/T),(i=1,2,…,N)       （12）

t_p0–A_t≤t_pi≤t_p0+A_t  (i=1,2,…,N)         （13）

t_b0–A_t≤t_bi≤t_b0+A_t  (i=1,2,…,N)         （14）

当选定正弦波脉冲电流峰值时间的振幅A_tp为零时，即A_tp=0时，则有

$T=N(t_{p0}+t_{b0})-A_{\mathrm{tb}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Sin}(2\mathrm{\&pi;}{t}_i/T)---\left(15\right)$

t_pi=t_p0=t₀ (i=1,2,…,N)            （16）

即正弦波脉冲电流峰值时间为恒值，恒等于初始值t_p0，设为恒定初始值t₀；

6）当A_tp=A_tb=A_t=0，t_p0=t₀≠t_b0时，则有脉冲峰值电流及其时间为：

I_pi=I_p0+A_ISin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)

t_pi=t_p0=t₀             (i=1,2,…,N)

脉冲基值电流及时间为：

I_bi=I_b0+A_ISin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)

t_bi=t_b0                (i=1,2,…,N)

若设t_b0=t_b0+(0≤Sin(2πt_i/T)时)，t_b0=t_b0﹣(Sin(2πt_i/T)＜0时)，t_b0+＜t_b0﹣，则此一情况相当于采用了正弦波调制，脉冲之间拥有平稳过渡，适用于轻质材料的双脉冲焊接；

7）当A_I=0，A_tp=A_tb=A_t=0，t_p0=t_b0=t₀时，脉冲峰值电流及时间为：

I_pi=I_p0           (i=1,2,…,N)

t_pi=t_p0=t₀        (i=1,2,…,N)

脉冲基值电流及其时间为：

I_bi=I_b0          (i=1,2,…,N)

t_bi=t_b0=t₀       (i=1,2,…,N)

此一情况相当于需要降低能量输入的单脉冲焊接。

所述控制检测电路主要由型号为TMS320F2808的DSP控制器和外围电路构成，所述外围电路包括有电流电压反馈电路、送丝机电路、逆变器输入电流电压检测模块、PWM驱动模块、供电压过压欠压保护模块。

所述智能专家焊接面板采用复杂可编程逻辑器件CPLD或现场可编程门阵列FPGA配合ARM-Cortex M3，实现对焊接参数进行精选、一元化及其最优化建立正弦波控制脉冲电流焊接专家数据库。

所述复杂可编程逻辑器件CPLD的作用是接收MCU通过SSI总线发送的命令，驱动两个3位共阳数码管和26只LED进行焊接参数和状态的显示，并对编码器的输入信号进行去毛刺处理，然后将处理后的信号送入MCU的QEI接口；所述复杂可编程逻辑器件CPLD的逻辑分为五个模块：SPI接口模块、指令译码模块、数码管控制模块、LED闪烁控制模块以及编码器信号处理模块，各个模块的实现采用VerilogHDL硬件描述语言进行设计。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明建立了正弦波调制脉冲MIG焊的正弦振幅等参数的简化关系式，即建立针对正弦波调制脉冲的数学模型，提出了一种新的脉冲MIG焊参数匹配方式；

2、本发明通过智能专家焊接面板，利用正弦波形所具有的无限阶导数连续性、永恒周期性、控制参数少，对焊接参数进行精选、一元化及其最优化建立正弦波调制脉冲焊接参数据系统，提高焊接系统的可靠性和稳定性；

3、本发明将正弦波控制脉冲电流控制参数，包括双丝弧焊电源输出脉冲的相位差、脉冲电流峰值和初始值、脉冲峰值电流时宽、脉冲电流基值和初始值、脉冲基值电流时宽，所提取的控制参数按照统一结构存储在系统中，进行了基于数学建模的正弦波调制脉冲MIG焊专家数据库设计，从而进行智能匹配；

4、本发明通过DSP对焊接脉冲电流进行正弦波调制，实现易于操控的稳定的渐变能量焊接，使得焊接能量输入可有效精确调控、脉冲变化过渡平稳。

附图说明

图1为本发明所述正弦波调制脉冲双丝焊接电源系统的结构框图。

图2为本发明所述智能专家焊接面板的CPLD逻辑原理图。

图3为本发明所述智能专家焊接面板的MCU任务关系图。

图4为本发明的正弦波控制脉冲焊波形参数图。

图5为本发明的样本原始焊接电流实时波形图。

图6为本发明的样本原始焊接电压实时波形图。

图7为本发明的样本焊接实时U–I图。

图8为本发明的样本焊接能量实时波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所述的基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统，包括：

针对正弦波调制脉冲的数学模型，用于将焊接脉冲电流I_i的峰值和基值的大小按正弦波规律变化，形成峰值、基值电流序列值；

以DSP为控制核心的控制检测电路，用于实现双丝弧焊电源系统的闭环控制，保证系统输出电流电压具有稳定的闭环可控性，采用DSP进行柔性编程，使系统的控制过程实现数字化，同时在上述数学模型的基础上，实现正弦波调制脉冲技术，使焊接脉冲电流I_i的峰值和基值的大小变化由正弦波控制；

以LM3S818为控制核心的智能专家焊接面板，用于实现双丝弧焊电源系统的人机交互功能，可对数学模型中的正弦波调制脉冲焊接参数进行调节，同时采用CPLD（复杂可编程逻辑器件，Complex Programmable Logic Device）或FPGA（现场可编程门阵列，Field Programmable Gate Array），配合ARM-Cortex M3实现对焊接参数进行精选、一元化及其最优化建正弦波控制脉冲电流焊接专家数据库，在本实施例中是采用CPLD（复杂可编程逻辑器件，ComplexProgrammable Logic Device）。

所述控制检测电路主要由型号为TMS320F2808的DSP控制器和外围电路构成，所述外围电路包括有电流电压反馈电路、送丝机电路、逆变器输入电流电压检测模块、PWM驱动模块、供电压过压欠压保护模块。如图1所示，在进行正弦波调制脉冲MIG焊时，电源系统采取恒流策略，通过两级电流反馈，形成稳定的双闭环控制。

如图2和图3所示，所述CPLD的作用是接收MCU通过SSI总线发送的命令，驱动两个3位共阳数码管和26只LED进行焊接参数和状态的显示，并对编码器的输入信号进行去毛刺处理，然后将处理后的信号送入MCU的QEI接口。为此，将所述CPLD的逻辑分为五个模块：SPI接口模块、指令译码模块、数码管控制模块、LED闪烁控制模块以及编码器信号处理模块，各个模块的具体实现采用VerilogHDL硬件描述语言进行设计。

在本实施例中，随着时间的变化，每个焊接脉冲电流I_i的峰值和基值的大小变化由正弦波控制，每个脉冲电流峰值和基值的持续时间t_i的大小变化也由正弦波控制，这样在所述数学模型中，脉冲峰值电流及其时间的关系式为：

I_pi=I_p0+A_ISin(2πt_i/T)   (i=1,2,…,N)       （1）

t_pi=t_p0+A_tpSin(2πt_i/T)  (i=1,2,…,N)       （2）

其中，脉冲峰值电流为I_pi，初始值为I_p0，脉冲峰值时宽为t_pi，初始值为t_p0；

脉冲基值电流及其时间的关系式为：

I_bi=I_b0+A_ISin(2πt_i/T)    (i=1,2,…,N)      （3）

t_bi=t_b0–A_tbSin(2πt_i/T)  (i=1,2,…,N)      （4）

其中，脉冲基值电流为I_bi，初始值为I_b0，脉冲基值时宽为t_bi，初始值为t_b0；

Ｎ是一个正弦波周期中的脉冲电流个数，A_I为正弦波脉冲峰值电流和脉冲基值电流的振幅，A_tp为正弦波脉冲电流峰值时宽的振幅，A_tb为正弦波脉冲电流基值时宽的振幅。所述数学模型的建立包括以下步骤：

1）设在每一个正弦波周期T内脉冲电流峰值个数为N，在每一个正弦波的正半周期和负半周期中的脉冲电流峰值个数分别为n’和n，n、n’和N为大于0的自然数，n’≥n，正弦波的正半周期与负半周期中的脉冲电流值个数之比记作m，则有n’=mn，N=mn+n=n(m+1)，并称当m=1时为对称正弦波调制脉冲MIG焊，当m>1时为非对称正弦波调制脉冲MIG焊；

2）设正弦波脉冲电流峰值和基值持续时间的振幅均为A_t，并设定：A_t/t_p0为时间振幅系数，记作k_At，0≤k_At＜1；t_b0/t_p0为能量系数，记作k_t，k_t>0，则有

t_b0=k_t×t_p0          （5）

由于每个脉冲的电流值与其持续时间之积代表该脉冲的能量强度，其调制正弦波的振幅系数k_At和k_AI的调制目标和效果是一致的，故为了焊接过程中的参数一元化控制，设时间振幅系数和电流振幅系数相同，简称振幅系数，记作k_A，即有

k_At=k_AI=k_A            （6）；

3）脉冲峰值电流I_pi的数值大小主要是由其初始值I_p0决定，峰值大小变化由正弦函数Sin(2πt_i/T)调制，其变化幅度受振幅A_I限制；脉冲基值电流I_bi的大小主要是由其初始值I_b0决定，基值大小变化也由正弦函数Sin(2πt_i/T)调制，其变化幅度同样受振幅A_I限制，由于–1≤Sin(2πt_i/T)≤1，则有

I_p0–A_I≤I_pi≤I_p0+A_I (i=1,2,…,N)      （7）

I_b0–A_I≤I_bi≤I_b0+A_I (i=1,2,…,N)      （8）；

4）选定初始值I_b0时，须使I_b0–A_I满足最小维弧电流值，脉冲电流基值I_bi选定与脉冲电流峰值I_pi相同的正弦调制振幅A_I，使得脉冲电流峰值与基值之间的能量变化可调范围倍增，以便较大程度的调节，进而有利于适用差异较大的焊接材料和焊接条件，引用公式（2）和（4）则有

t_pi+t_bi=t_p0+t_b0+(A_tp–A_tb)Sin(2πt_i/T)     （9）

则 $T=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}(t_{\mathrm{pi}}+t_{\mathrm{bi}}),$ 可得

$T=N(t_{p0}+t_{b0})+(A_{\mathrm{tp}}-A_{\mathrm{tb}})\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Sin}(2\mathrm{\&pi;}{t}_i/T)---\left(10\right);$

5）由于–1≤Sin(2πt_i/T)≤1，则有

t_p0–A_tp≤t_pi≤t_p0+A_tp (i=1,2,…,N)

t_b0–A_tb≤t_bi≤t_b0+A_tb (i=1,2,…,N)

若选定正弦波脉冲电流峰值时间的振幅A_tp和正弦波脉冲电流基值时间的振幅A_tb相同，均为A_t，即

A_tp=A_tb=A_t

则T=N(t_p0+t_b0)

t_pi=t_p0+A_tSin(2πt_i/T),(i=1,2,…,N)       （11）

t_bi=t_b0–A_tSin(2πt_i/T),(i=1,2,…,N)      （12）

t_p0–A_t≤t_pi≤t_p0+A_t  (i=1,2,…,N)        （13）

t_b0–A_t≤t_bi≤t_b0+A_t  (i=1,2,…,N)        （14）

当选定正弦波脉冲电流峰值时间的振幅A_tp为零时，即A_tp=0时，则有

$T=N(t_{p0}+t_{b0})-A_{\mathrm{tb}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Sin}(2\mathrm{\&pi;}{t}_i/T)---\left(15\right)$

t_pi=t_p0=t₀ (i=1,2,…,N)           （16）

即正弦波脉冲电流峰值时间为恒值，恒等于初始值t_p0，设为恒定初始值t₀；

6）当A_tp=A_tb=A_t=0，t_p0=t₀≠t_b0时，则有脉冲峰值电流及其时间为：

I_pi=I_p0+A_ISin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)

t_pi=t_p0=t₀             (i=1,2,…,N)

脉冲基值电流及时间为：

I_bi=I_b0+A_ISin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)

t_bi=t_b0                (i=1,2,…,N)

若设t_b0=t_b0+(0≤Sin(2πt_i/T)时)，t_b0=t_b0﹣(Sin(2πt_i/T)＜0时)，t_b0+＜t_b0﹣，则此一情况特例即相当于目前正应用于铝合金等轻质材料的双脉冲焊接，而且由于采用了正弦波调制，脉冲之间拥有平稳过渡的优点，与单纯的双脉冲焊接相比，稳定性显著提高。

7）当A_I=0，A_tp=A_tb=A_t=0，t_p0=t_b0=t₀时，脉冲峰值电流及时间为：

I_pi=I_p0            (i=1,2,…,N)

t_pi=t_p0=t₀         (i=1,2,…,N)

脉冲基值电流及其时间为：

I_bi=I_b0          (i=1,2,…,N)

t_bi=t_b0=t₀       (i=1,2,…,N)

此一情况特例即相当于目前正用于需要降低能量输入的单脉冲焊接场合。

一脉一滴被认为是脉冲焊的最佳状态，而在实际生产过程中发现，射滴过渡的焊接状态也能产生高质量的焊缝。因此，在选定脉冲峰值电流初始值时，只需要根据不同焊丝的一脉一滴临界电流曲线图表，确保其满足一脉一滴的最小电流值，也就是使正弦波形变化的全部电流脉冲中的最小脉冲电流值满足一脉一滴的最小临界值，即可实现一脉一滴与一脉多滴射流状态交织的理想焊接过程。经过正弦波的调制，可使一脉一滴与一脉多滴射流状态交织变化的过程呈现出平滑稳定的特点。如图4所示，显示了铝合金正弦波调制脉冲MIG焊的电流波形。

现利用所建立的数学模型进行实际的双丝焊接工艺测试，在测试中，利用焊接电弧动态小波分析仪对波形进行采集和分析，试件为厚3.0mm的铝板；焊丝牌号为ER1070纯铝，直径为Φ1.2mm；保护气体为高纯氩；气体流量为20L/min，焊丝干伸长为15mm；平板堆焊；脉冲峰值时间为2ms。

在一个正弦波周期T内，设定脉冲电流峰值个数为N，在保持正负半周相等均为T/2，且正弦波正半周期内的脉冲电流峰值个数为其负半周期内的脉冲电流峰值个数的1倍时，且当N为45时，实验结果如图5至图8所示。

试验中观察到图7是由图5原始焊接电流结合图6原始焊接电压实时绘制的U–I图形，其边缘线族清晰、整齐，U–I图的重复性高，可认为峰值能量稳定，焊接质量好。

图8是经动态小波分析仪滤波后所得焊接能量实时波形图，随着正弦波形电流的实时变化，也具有近似的正弦波形状，通过正弦波参数的调制，非常便于焊接能量输入的调整。

由此可知正弦波调制脉冲焊接，具有焊接过程稳定、焊接能量可有效精确控制调节等特点。这也充分说明本双丝弧焊电源系统，特别适用于铝镁等轻质合金的焊接需要，具有很好的市场前景，值得推广。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统，其特征在于，包括：

针对正弦波调制脉冲的数学模型，用于将焊接脉冲电流I_i的峰值和基值的大小按正弦波规律变化，形成峰值、基值电流序列值；

以DSP为控制核心的控制检测电路，用于实现双丝弧焊电源系统的闭环控制，保证系统输出电流电压具有稳定的闭环可控性，采用DSP进行柔性编程，使系统的控制过程实现数字化，同时在上述数学模型的基础上，实现正弦波调制脉冲技术，使焊接脉冲电流I_i的峰值和基值的大小变化由正弦波控制；

智能专家焊接面板，用于实现双丝弧焊电源系统的人机交互功能，可对数学模型中的正弦波调制脉冲焊接参数进行调节，同时对焊接参数进行精选、一元化及其最优化建立正弦波控制脉冲电流焊接专家数据库。

2.根据权利要求1所述的一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统，其特征在于，在所述数学模型中，脉冲峰值电流及其时间的关系式为：

I_pi=I_p0+A_ISin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)      （1）

t_pi=t_p0+A_tpSin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)     （2）

其中，脉冲峰值电流为I_pi，初始值为I_p0，脉冲峰值时宽为t_pi，初始值为t_p0；

脉冲基值电流及其时间的关系式为：

I_bi=I_b0+A_ISin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)       （3）

t_bi=t_b0–A_tbSin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)     （4）

其中，脉冲基值电流为I_bi，初始值为I_b0，脉冲基值时宽为t_bi，初始值为t_b0；

Ｎ是一个正弦波周期中的脉冲电流个数，A_I为正弦波脉冲峰值电流和脉冲基值电流的振幅，A_tp为正弦波脉冲电流峰值时宽的振幅，A_tb为正弦波脉冲电流基值时宽的振幅；

所述数学模型的建立包括以下步骤：

1）设在每一个正弦波周期T内脉冲电流峰值个数为N，在每一个正弦波的正半周期和负半周期中的脉冲电流峰值个数分别为n’和n，n、n’和N为大于0的自然数，n’≥n，正弦波的正半周期与负半周期中的脉冲电流值个数之比记作m，则有n’=mn，N=mn+n=n(m+1)，并称当m=1时为对称正弦波调制脉冲MIG焊，当m>1时为非对称正弦波调制脉冲MIG焊；

2）设正弦波脉冲电流峰值和基值持续时间的振幅均为A_t，并设定：A_t/t_p0为时间振幅系数，记作k_At，0≤k_At＜1；t_b0/t_p0为能量系数，记作k_t，k_t>0，则有

t_b0=k_t×t_p0           （5）

由于每个脉冲的电流值与其持续时间之积代表该脉冲的能量强度，其调制正弦波的振幅系数k_At和k_AI的调制目标和效果是一致的，故为了焊接过程中的参数一元化控制，设时间振幅系数和电流振幅系数相同，简称振幅系数，记作k_A，即有

k_At=k_AI=k_A            （6）；

3）脉冲峰值电流I_pi的数值大小主要是由其初始值I_p0决定，峰值大小变化由正弦函数Sin(2πt_i/T)调制，其变化幅度受振幅A_I限制；脉冲基值电流I_bi的大小主要是由其初始值I_b0决定，基值大小变化也由正弦函数Sin(2πt_i/T)调制，其变化幅度同样受振幅A_I限制，由于–1≤Sin(2πt_i/T)≤1，则有

I_p0–A_I≤I_pi≤I_p0+A_I (i=1,2,…,N)       （7）

I_b0–A_I≤I_bi≤I_b0+A_I (i=1,2,…,N)       （8）；

4）选定初始值I_b0时，须使I_b0–A_I满足最小维弧电流值，脉冲电流基值I_bi选定与脉冲电流峰值I_pi相同的正弦调制振幅A_I，使得脉冲电流峰值与基值之间的能量变化可调范围倍增，进而有利于适用差异较大的焊接材料和焊接条件，引用公式（2）和（4）则有

t_pi+t_bi=t_p0+t_b0+(A_tp–A_tb)Sin(2πt_i/T)      （9）

因为 $T=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}(t_{\mathrm{pi}}+t_{\mathrm{bi}}),$ 可得

$T=N(t_{p0}+t_{b0})+(A_{\mathrm{tp}}-A_{\mathrm{tb}})\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Sin}(2\mathrm{\&pi;}{t}_i/T)---\left(10\right);$

5）由于–1≤Sin(2πt_i/T)≤1，则有

t_p0–A_tp≤t_pi≤t_p0+A_tp (i=1,2,…,N)

t_b0–A_tb≤t_bi≤t_b0+A_tb (i=1,2,…,N)

若选定正弦波脉冲电流峰值时间的振幅A_tp和正弦波脉冲电流基值时间的振幅A_tb相同，均为A_t，即

A_tp=A_tb=A_t

则T=N(t_p0+t_b0)

t_pi=t_p0+A_tSin(2πt_i/T),(i=1,2,…,N)       （11）

t_bi=t_b0–A_tSin(2πt_i/T),(i=1,2,…,N)      （12）

t_p0–A_t≤t_pi≤t_p0+A_t (i=1,2,…,N)         （13）

t_b0–A_t≤t_bi≤t_b0+A_t (i=1,2,…,N)         （14）

当选定正弦波脉冲电流峰值时间的振幅A_tp为零时，即A_tp=0时，则有

$T=N(t_{p0}+t_{b0})-A_{\mathrm{tb}}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Sin}(2\mathrm{\&pi;}{t}_i/T)---\left(15\right)$

t_pi=t_p0=t₀ (i=1,2,…,N)           （16）

即正弦波脉冲电流峰值时间为恒值，恒等于初始值t_p0，设为恒定初始值t₀；

6）当A_tp=A_tb=A_t=0，t_p0=t₀≠t_b0时，则有脉冲峰值电流及其时间为：

I_pi=I_p0+A_ISin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)

t_pi=t_p0=t₀             (i=1,2,…,N)

脉冲基值电流及时间为：

I_bi=I_b0+A_ISin(2πt_i/T) (i=1,2,…,N)

t_bi=t_b0             (i=1,2,…,N)

若设t_b0=t_b0+(0≤Sin(2πt_i/T)时)，t_b0=t_b0﹣(Sin(2πt_i/T)＜0时)，t_b0+＜t_b0﹣，则此一情况相当于采用了正弦波调制，脉冲之间拥有平稳过渡，适用于轻质材料的双脉冲焊接；

7）当A_I=0，A_tp=A_tb=A_t=0，t_p0=t_b0=t₀时，脉冲峰值电流及时间为：

I_pi=I_p0         (i=1,2,…,N)

t_pi=t_p0=t₀      (i=1,2,…,N)

脉冲基值电流及其时间为：

I_bi=I_b0         (i=1,2,…,N)

t_bi=t_b0=t₀      (i=1,2,…,N)

此一情况相当于需要降低能量输入的单脉冲焊接。

3.根据权利要求1所述的一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统，其特征在于：所述控制检测电路主要由型号为TMS320F2808的DSP控制器和外围电路构成，所述外围电路包括有电流电压反馈电路、送丝机电路、逆变器输入电流电压检测模块、PWM驱动模块、供电压过压欠压保护模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统，其特征在于：所述智能专家焊接面板采用复杂可编程逻辑器件CPLD或现场可编程门阵列FPGA配合ARM-Cortex M3，实现对焊接参数进行精选、一元化及其最优化建立正弦波控制脉冲电流焊接专家数据库。

5.根据权利要求1所述的一种基于正弦波调制脉冲的双丝弧焊电源系统，其特征在于：所述复杂可编程逻辑器件CPLD的作用是接收MCU通过SSI总线发送的命令，驱动两个3位共阳数码管和26只LED进行焊接参数和状态的显示，并对编码器的输入信号进行去毛刺处理，然后将处理后的信号送入MCU的QEI接口；所述复杂可编程逻辑器件CPLD的逻辑分为五个模块：SPI接口模块、指令译码模块、数码管控制模块、LED闪烁控制模块以及编码器信号处理模块，各个模块的实现采用VerilogHDL硬件描述语言进行设计。