CN201353676Y - Tig焊接电源闭环模糊控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种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，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/欠电源保护单元和参数设置单元，参数设置单元包括键盘、显示器和与DSP芯片电连接的驱动芯片，所述驱动芯片分别电连接所述键盘和所述显示器用于驱动所述键盘和所述显示器，本实用新型能较好控制TIG焊电流恒值、响应快速而结构简洁。

Description

TIG焊接电源闭环模糊控制系统
技术领域
本实用新型涉及焊接电源控制系统技术领域，特别涉及TIG焊接电源控制系统技术领域，具体是指一种TIG焊接电源闭环模糊控制系统。
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。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种TIG焊接电源闭环模糊控制系统，该控制系统能较好控制TIG焊电流恒值、响应快速而结构简洁。
为了实现上述目的，本实用新型的TIG焊接电源闭环模糊控制系统具有如下构成：
该TIG焊接电源闭环模糊控制系统，其特点是，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，所述电流采样单元、所述过电流保护单元、所述过热保护单元、所述过/欠电源保护单元和所述参数设置单元分别与所述DSP控制单元电连接。
较佳地，所述参数设置单元包括键盘、显示器和与所述DSP控制单元电连接的驱动芯片，所述驱动芯片分别电连接所述键盘和所述显示器用于驱动所述键盘和所述显示器。
较佳地，所述DSP控制单元包括DSP芯片、时钟电路、电源电路和复位电路，所述时钟电路、所述电源电路和所述复位电路分别与所述DSP芯片电连接，所述DSP芯片分别电连接所述电流采样单元、所述过电流保护单元、所述过热保护单元、所述过/欠电源保护单元和所述参数设置单元。
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。
采用本实用新型，由于本实用新型将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是本实用新型的一具体实施例的基本结构示意图。
图2是本实用新型的离散模糊控制的工作原理示意图。
图3是本实用新型的模糊控制软件流程示意图。
图4是本实用新型的模糊控制对阶跃信号的响应图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图1所示，本实用新型的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，所述电流采样单元、所述过电流保护单元、所述过热保护单元、所述过/欠电源保护单元和所述参数设置单元分别与所述DSP控制单元电连接。
较佳地，所述参数设置单元包括键盘、显示器和与所述DSP控制单元电连接的驱动芯片，所述驱动芯片分别电连接所述键盘和所述显示器用于驱动所述键盘和所述显示器。
在本实用新型的一具体实施例中，所述DSP控制单元包括DSP芯片、时钟电路、电源电路和复位电路，所述时钟电路、所述电源电路和所述复位电路分别与所述DSP芯片电连接，所述DSP芯片分别电连接所述电流采样单元、所述过电流保护单元、所述过热保护单元、所述过/欠电源保护单元和所述参数设置单元。
在本实用新型的一具体实施例中，所述DSP芯片是TMS320F240芯片。在本实用新型的一具体实施例中，所述电流采样单元采用霍尔电流传感器。
本实用新型的主要目的是为了实现TIG焊接工艺要求的恒电流外特性。采用脉宽调制型控制方法(PWM)，即电弧电流经霍尔电流传感器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。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。经分频电路后输出两路互不重桑的脉冲信号，这两路脉冲信号经过IGBT专用驭动芯片M57959L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。
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。
本实用新型的模糊控制系统软件的设计是基于查表法的思想，其基本原理是把MATLAB辅助生成的离散模糊控制表固化到DSP的FLASH程序存储器中，当控制器工作时，只需直接根据采样得到的偏差和偏差变化率的量化值找出当前时刻的控制输出量化值，然后将此量化值乘以比例因子，得到最终的输出控制量。这种方法的优点是计算时间较短，系统响应速度快。系统软件设计可分四个部分：焊前准备、高频引弧、焊接阶段控制、熄弧控制。焊接阶段控制主要是模糊控制，其程序流程如图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。
本实用新型的有益效果主要如下：(1)电源采用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。
综上，本实用新型的TIG焊接电源闭环模糊控制系统能较好控制TIG焊电流恒值、响应快速而结构简洁。
在此说明书中，本实用新型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实用新型的精神和范围。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系统，其特征在于，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，所述电流采样单元、所述过电流保护单元、所述过热保护单元、所述过/欠电源保护单元和所述参数设置单元分别与所述DSP控制单元电连接。
2.如权利要求1所述的TIG焊接电源闭环模糊控制系统，其特征在于，所述参数设置单元包括键盘、显示器和与所述DSP控制单元电连接的驱动芯片，所述驱动芯片分别电连接所述键盘和所述显示器用于驱动所述键盘和所述显示器。
3.如权利要求1所述的TIG焊接电源闭环模糊控制系统，其特征在于，所述DSP控制单元包括DSP芯片、时钟电路、电源电路和复位电路，所述时钟电路、所述电源电路和所述复位电路分别与所述DSP芯片电连接，所述DSP芯片分别电连接所述电流采样单元、所述过电流保护单元、所述过热保护单元、所述过/欠电源保护单元和所述参数设置单元。
4.如权利要求3所述的TIG焊接电源闭环模糊控制系统，其特征在于，所述DSP芯片是TMS320F240芯片。
5.如权利要求1所述的TIG焊接电源闭环模糊控制系统，其特征在于，所述电流采样单元采用霍尔电流传感器。
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