CN114309887A - 逆变焊机的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种逆变焊机的控制方法及其控制装置。所述控制方法包括：在每个控制周期，获取预设定次数的采样信号；对获取的所述采样信号进行平均，得到平均值；根据得到的平均值，控制输出信号。根据本发明，能够提高采样精度，并且提高控制输出精度。

Description

逆变焊机的控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及逆变焊机的控制方法及控制装置。

背景技术

逆变焊机包括逆变式弧焊电源和焊接部。逆变式弧焊电源，又称弧焊逆变器，是一种新型的焊接电源。这种电源一般是将三相工频(50Hz)交流网路电压，先经输入整流器整流和滤波，变成直流，再通过大功率开关电子元件(晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET或IGBT)的交替开关作用，逆变成几kHz～几十kHz的中频交流电压，同时经变压器降至适合于焊接的几十V电压，后再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。焊接部接收直流焊接电流，对工件实施焊接。

逆变焊机采用闭环控制，对逆变后的输出电压进行采样来获取反馈参数，获取反馈参数后，对输入电压进行调整，以输出预定的电压。

逆变焊机较传统焊机具有更高的能量转换效率，因此，节能、轻量、焊接质量高、成本低等优势使得逆变焊机具有非常大的潜在优势和发展前景。

逆变控制电焊机通过高速DSP根据采集到的反馈参数和给定输出目标参数的差值进行演算输出控制的调整值，多次反复的采样-演算-控制输出，使输出能量与设定能量相匹配。

在采样-演算-控制输出过程中，采样的精度和动特性对演算和控制输出精度和稳定性非常重要。

对于控制频率越低的电焊机，反馈参数调整时间越长，反馈参数随着控制输出过程呈现周期性的震荡越是明显，而且，随着反馈参数的大小震荡幅度和相位都会发生变化，因此，通过传统的每个控制周期只采集一次反馈参数用于演算，无法保证演算和控制输出的精度和稳定性。

此外，在焊接状态在燃弧状态和短路状态之间变换时，电路中出现燃弧和短路的情形，因此，电压的变化出现两极分化，例如，要么是最大输出电压，要么是最小输出电压。此时，在控制频率较低的情况下，出现不能够及时反映反馈参数的实时变化，导致不能及时输出预定的电压。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种逆变焊机的控制方法及装置，提高采样精度。

另外，本发明还提供逆变焊机的控制方法及装置，提高判断焊接状态是否变化的精度。

为了解决上述技术问题，本发明的一实施例提供一种逆变焊机的控制方法，包括：

在每个控制周期，获取预设定次数的采样信号；

对获取的所述采样信号进行平均，得到平均值；

根据得到的平均值，控制输出信号。

优选地，还包括：

将当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值进行比较，

如果比较结果，平均值的差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

优选地，还包括：

获取当前控制周期内的任一采样信号的值；

将所述任一采样信号的值与上一控制周期内的平均值进行比较；

如果比较结果，差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

其中，所述获取当前控制周期内的任一采样信号的值，包括：

获取当前控制周期内的最后一个采样信号的值。

所述最后一个采样信号的值是当前控制周期内最后一个时刻的采样信号的值。

所述根据得到的平均值，控制输出信号，包括：

根据当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值的差值，相应地控制所述输出信号。

本发明的另一实施例提供一种逆变焊机的控制装置，包括：

采集单元，被配置为在每个控制周期，获取预设定次数的采样信号；

计算单元，被配置为对获取的所述采样信号进行平均，得到平均值；

控制单元，被配置为根据得到的平均值，控制输出信号。

所述装置还包括：

平均值比较单元，被配置为将当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值进行比较；

焊接状态判断第一单元，被配置为如果比较结果，平均值的差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

所述装置还包括：

获取瞬时值单元，被配置为获取当前控制周期内的任一采样信号的值；

瞬时值比较单元，被配置为将所述任一采样信号的值与上一控制周期内的平均值进行比较；

焊接状态判断第二单元，被配置为如果比较结果，差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

所述获取当前控制周期内的任一采样信号的值是获取当前控制周期内的最后一个采样信号的值。

所述最后一个采样信号的值是当前控制周期内最后一个时刻的采样信号的值。

所述控制单元根据当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值的差值，相应地控制所述输出信号。

包含所述采集单元以及所述计算单元的处理器是相对包含所述控制单元的处理器独立工作的处理器，或者

包含所述采集单元以及所述计算单元的处理器和包含所述控制单元的处理器是多核处理器中的各自的内核。

本发明的又一实施例提供一种逆变焊机，其中包括所述的控制装置。

根据本发明，针对控制频率较低的逆变焊机，通过对每个控制周期内对反馈信号多点采样，取平均值，由此能够提高采样的精度。

根据本发明，能够有效提高焊接过程中短路控制状态和燃弧控制状态变化的判断精度，提高焊接过程的动特性。

附图说明

图1是本发明的逆变焊机的结构示意图。

图2是本发明一实施例的进行采样的视图。

图3是本发明的一实施例的逆变焊机的控制方法的示意图。

图4是本发明的另一实施例的逆变焊机的控制方法的示意图。

图5是本发明的又一实施例的逆变焊机的控制方法的示意图。

图6是本发明的一实施例的逆变焊机的控制装置的示意图。

图7是本发明的另一实施例的逆变焊机的控制装置的示意图。

图8是本发明的又一实施例的逆变焊机的控制装置的示意图。

具体实施方式

通过下面参照附图详细叙述实施例，会更加明确本发明的优点、特征及其实现方法。然而，本发明不限于以下公开的实施例，可体现为互不相同的多种形状，本实施例仅为了充分公开本发明，并为了向本领域普通技术人员完整地公开本发明的范围而提供，本发明的保护范围仅由权利要求的范围来决定。

逆变焊机1包括电源部10和焊接部20。

参照图1，电源部10包括：输入单元11，接收商业交流电压(例如，380V或者220V)；整流单元12，将来自输入单元11的交流电压整流成直流电压；逆变单元13，将来自整流单元12的直流电压逆变成高频交流电压，其中，该高频交流电压的频率为数十KHz至数百KHz，比商业交流电压的频率50Hz高；变压整流单元14，将来自逆变单元13的高频交流电压降压至适合于焊接的几十伏电压，然后整流成直流电压，并输出值焊接部20。

焊接部20包括：焊钳21，接收来自电源部10的电压；焊条22，被焊钳21夹持，对工件进行焊接。本发明也可以用于利用焊丝焊接的结构。

逆变焊机1还包括处理器30，处理器30的一端与变压整流单元14的输出端连接，获取变压整流单元14的输出电压，另一端与逆变单元13的输入端连接，根据获取到的变压整流单元14的输出电压，进行计算，并输出至逆变单元13的输入端。

处理器30包括主处理器31和协处理器32。协处理器32包括采集单元321和计算单元322，对变压整流单元14的输出电压进行采样，并将采样的信号进行平均计算后传送给主处理器31。主处理器31包括控制单元311和输出单元312，控制单元311接收计算单元322传送过来的采样信号的平均值，并根据该平均值，经过演算，控制输出单元312的输出信号，并传送给逆变单元13的输入端。

本发明采用相对主处理器31独立的协处理器32，对变压整流单元14的输出端的电压进行采样，因此，可以节省主处理器31进行反馈参数采用的时间，随机读取协处理器32传送过来的反馈参数并用于运算，因此，相比较现有技术的利用一个主处理器既采用又运算的方式相比，本发明可以有更充裕的时间进行控制算法演算和驱动输出。本发明也可以由多核处理器中的一个内核用于运算，另一个内核用于采样。

参照图2，本发明在逆变单元13的每个控制周期内，获取预设定次数采样信号，然后将对获取的采样信号进行平均，得到平均值。预设定次数的采样信号可以是两次或两次以上的采样信号。

图2示出了燃弧状态下的波形及其平均值，以及短路状态下的波形及其平均值。

如图2所示，获取了17次的采样信号，分别为x1、x2…x17，这些采样信号的平均值y＝(x1+x2+…+x17)/17。本发明不限于该次数。

在现有技术中，在控制频率较低的逆变焊机中，因控制频率低，所以控制周期大，如果在大的周期内仅获取一个采样信号，并将该采样信号作为反馈参数采样值，然后经过计算后向逆变单元的输入端输出信号，则变压整流单元14的输出端输出的信号难以反映预设输出值。这里的预设输出值可以是希望输出的电压值。

通常情况下，控制频率大，那么变压整流单元14的输出值比较线性，因此，按照现有技术，仅采集每个控制周期内的一个采样值，也能够基本满足输出值与预设输出值基本一致。

但是，涉及到控制频率低的情况下，例如，在20KHz的情况下，控制周期较长，仅采集一个采样值，不能满足输出值与预设输出值之间的一致性，存在较大的偏差。控制频率较低的情况还可以是40KHz以内的频率。

本发明针对控制频率较低的逆变焊机，在每个控制周期内获取预设定次数的采样信号，并且将这些采样信号进行平均，得到平均值。基于该平均值，向逆变单元13输出信号，以使变压整流单元14的输出值与预设输出值基本保持一致。因此，本发明可以保证采样信号的精度高，确保变压整流单元14的输出值的精度高。

具体地，参照图3，本发明提供逆变焊机的控制方法，具体包括：

步骤S11，在每个控制周期，获取预设定次数的采样信号；

步骤S12，对获取的采样信号进行平均，得到平均值；

步骤S13，根据得到的平均值，控制输出信号。

在本发明中，主处理器31根据每个控制周期内的预设定次数的采样信号的平均值，演算输出到逆变单元31的输出信号，由此可以使变压整流单元14的输出值与预设输出值保持一致，提高了输出精度。其中，主处理器31对每一个控制周期进行采样，因此，每一个控制周期内的变压整流单元14的输出值都能够保持与预设输出值一致。

由此，本发明的协处理器32进行反馈参数采样，既保证了反馈参数的精度，又节省了主处理器31的时间，主处理器31有更充裕的时间进行控制算法演算和驱动输出。

在焊接过程中，可能出现燃弧状态和短路状态。燃弧状态是焊料熔化后落入工件的焊缝且工件与焊条(或者焊丝)之间电性断开的状态。短路状态是焊料熔化后落入工件焊缝且工件与焊条(或焊丝)之间电性接通的状态。

在燃弧状态下，正极和负极之间处于断开状态，因此两极之间的电压之差比较高，例如，焊接时的电压为20V。在短路状态下，正极和负极处于接通状态，因此两极之间的电压之差几乎为零。

为了应对在燃弧状态和短路状态之间变化时，能够实时地反映反馈参数采样值而精确地输出，需要准确判断焊接状态是否变化。

对此，现有技术是将当前周期的中断时刻的采样信号的瞬时值与上一周期的中断时刻的采样信号的瞬时值进行比较，如果判断两个终端时刻的瞬时值的差值大于阈值时，判断为焊接状态变化。

但是，这种焊接状态的判断方法的精度不准确。尤其在控制频率较低的逆变焊机中出现精度不准确。

本发明提供一种焊接状态的更加精确的判断方法。参照图4，具体判断如下：

步骤S21，将当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值进行比较；

步骤S22，如果比较结果，平均值的差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

其中，预设阈值可根据用户设定。例如，在燃弧状态下的正负极的电压之差为20V时，可以将预设阈值设置为10V至15V之间的范围。

根据本发明的实施例，在控制频率较低即控制周期较长的情况下，采用控制周期内的平均值之间的计算，即通过当前控制周期以及上一控制周期内的采样信号的平均值进行比较，可以提高判断焊接状态的精度。

如果对每个控制周期内的采样信号的平均值之间来判断，那么不能及时反映反馈参数的实时变化，因此输出控制信号会出现滞后，最终影响焊机的实际输出的动特性。

为此，本发明的另一实施例提供获取当前控制周期内的采样信号的任一值，将该任一值与上一周期的平均值进行比较，根据比较结果来判断焊接状态是否发生了变化。

参照图5，具体判断方法如下：

步骤S31，获取当前控制周期内的任一采样信号的值；

步骤S32，将所述任一采样信号的值与上一控制周期内的平均值进行比较；

步骤S33，如果比较结果，差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

其中，预设阈值可根据用户设定。例如，在燃弧状态下的正负极的电压之差为20V时，可以将预设阈值设置为10V至15V之间的范围。

在燃弧状态或者短路状态下，正负极的电压之差几乎为零，如果存在误差，也不过是2V至3V。但是，当出现燃弧状态变化到短路状态，或者短路状态变化到燃弧状态时，正负极的电压之差非常大。例如，在燃弧状态变化到短路状态时，从大电压(例如，20V)瞬间降到较小电压例如(例如，2V至3V，甚至0V)，而从短路状态变化到燃弧状态时，电压从较小电压(例如，2V至3V，甚至0V)瞬间上升到大电压(例如20V)。因此，预设阈值可根据当前适合于焊接的电压适应性地调整。例如，燃弧状态下的电压为40V时，可以将预设阈值设定为30V至35V之间的范围。

由此，本发明可根据当前控制周期内的中断时刻的瞬时值相对于上一控制周期的反馈参数采样平均值的变化量(△p)与预设阈值(Thr)之间进行比较，当|△p|>Thr时，判断为焊接状态发生了变化，当|△p|<Thr时，判断为焊接状态没有发生变化。

例如，当前控制周期内的参数瞬时值为20V(燃弧状态)，上一控制周期的反馈参数采样平均值为19V，预设阈值为15V时，当前控制周期内的参数瞬时值减去上一控制周期的反馈参数采样平均值的差值的绝对值|△p|为1V，该平均值小于预设阈值15V。因此，可以判断焊接状态没有发生变化。

例如，当前控制周期内的参数瞬时值为1V(或0V)，上一控制周期的反馈参数采样平均值为19V，预设阈值为15V时，当前控制周期内的参数瞬时值减去上一控制周期的反馈参数采样平均值的差值的绝对值|△p|为18V(或19V)，该平均值大于预设阈值15V。因此，可以判断焊接状态从上一周期的燃弧状态变化为当前控制周期的短路状态。

根据本发明的优选实施例，所述获取当前控制周期内的任一采样信号的值，包括：获取当前控制周期内的最后一个采样信号的值。

更加优选实施例，所述最后一个采样信号的值是当前控制周期内最后一个时刻的采样信号的值。

由此，可以在采样信号变化的时刻开始，可以确定焊接状态是否发生了变化，进而在该时刻之后，立即相应地进行输出信号的控制，有效地防止了控制滞后的问题。

本发明根据当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值的差值，相应地控制所述输出信号。

本发明的另一实施方式提供一种逆变焊机的控制装置5。参照图6，包括：

采集单元51，被配置为在每个控制周期，获取预设定次数的采样信号；

计算单元52，被配置为对获取的采样信号进行平均，得到平均值；

控制单元53，被配置为根据得到的平均值，控制输出单元的54输出信号。

此外，参照图7本发明的逆变焊机的控制装置还可以包括：

平均值比较单元55，被配置为将当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值进行比较；

焊接状态判断第一单元56，被配置为如果比较结果，平均值的差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

参照图8，本发明的逆变焊机的控制装置还可以包括：

获取瞬时值单元61，被配置为获取当前控制周期内的任一采样信号的值；

瞬时值比较单元62，被配置为将所述任一采样信号的值与上一控制周期内的平均值进行比较；

焊接状态判断第二单元63，被配置为如果比较结果，差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

所述获取当前控制周期内的任一采样信号的值是获取当前控制周期内的最后一个采样信号的值。

所述最后一个采样信号的值是当前控制周期内最后一个时刻的采样信号的值。

本发明的还提供包括上述控制装置的逆变焊机。

以上参照附图对本发明的优选实施例进行了说明，但是本发明并不限定于上述的特定的实施例，在不背离权利要求书中主张的本发明的技术思想的范围内，本领域的一般技术人员能够对其进行多种变形实施，这样的变形实施不应脱离本发明的技术思想或前景而单独地加以理解。

Claims (14)

1.一种逆变焊机的控制方法，其特征在于，包括：

在每个控制周期，获取预设定次数的采样信号；

对获取的所述采样信号进行平均，得到平均值；

根据得到的平均值，控制输出信号。

2.根据权利要求1所述的逆变焊机的控制方法，其特征在于，还包括：

将当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值进行比较，

如果比较结果，平均值的差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

3.根据权利要求1所述的逆变焊机的控制方法，其特征在于，还包括：

获取当前控制周期内的任一采样信号的值；

将所述任一采样信号的值与上一控制周期内的平均值进行比较；

如果比较结果，差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

4.根据权利要求3所述的逆变焊机的控制方法，其特征在于，

所述获取当前控制周期内的任一采样信号的值，包括：

获取当前控制周期内的最后一个采样信号的值。

5.根据权利要求4所述的逆变焊机的控制方法，其特征在于，

所述最后一个采样信号的值是当前控制周期内最后一个时刻的采样信号的值。

6.根据权利要求1所述的逆变焊机的控制方法，其特征在于，

所述根据得到的平均值，控制输出信号，包括：

根据当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值的差值，相应地控制所述输出信号。

7.一种逆变焊机的控制装置，其特征在于，包括：

采集单元，被配置为在每个控制周期，获取预设定次数的采样信号；

计算单元，被配置为对获取的所述采样信号进行平均，得到平均值；

控制单元，被配置为根据得到的平均值，控制输出信号。

8.根据权利要求7所述的逆变焊机的控制装置，其特征在于，还包括：

平均值比较单元，被配置为将当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值进行比较；

焊接状态判断第一单元，被配置为如果比较结果，平均值的差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

9.根据权利要求7所述的逆变焊机的控制装置，其特征在于，还包括：

获取瞬时值单元，被配置为获取当前控制周期内的任一采样信号的值；

瞬时值比较单元，被配置为将所述任一采样信号的值与上一控制周期内的平均值进行比较；

焊接状态判断第二单元，被配置为如果比较结果，差值大于预设阈值，则判断焊接状态发生了变化。

10.根据权利要求9所述的逆变焊机的控制装置，其特征在于，

所述获取当前控制周期内的任一采样信号的值是获取当前控制周期内的最后一个采样信号的值。

11.根据权利要求10所述的逆变焊机的控制装置，其特征在于，

所述最后一个采样信号的值是当前控制周期内最后一个时刻的采样信号的值。

12.根据权利要求7所述的逆变焊机的控制装置，其特征在于，

所述控制单元根据当前控制周期内的采样信号的平均值与上一控制周期内的采样信号的平均值的差值，相应地控制所述输出信号。

13.根据权利要求7所述的逆变焊机的控制装置，其特征在于，

包含所述采集单元以及所述计算单元的处理器是相对包含所述控制单元的处理器独立工作的处理器，或者

包含所述采集单元以及所述计算单元的处理器和包含所述控制单元的处理器是多核处理器中的各自的内核。

14.一种逆变焊机，其中包括权利要求7至13中任一项所述的控制装置。

Images