專利名稱:具有線路阻抗補(bǔ)償?shù)碾娮韬附涌刂葡到y(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)人的發(fā)明一般涉及焊接控制器的領(lǐng)域,更具體地說,涉及一種自動(dòng)補(bǔ)償導(dǎo)致輸入線電壓變化的線路阻抗影響的焊接控制器系統(tǒng),以便把恒定輸出RMS電流供給由焊接控制器焊接的工件。
電阻焊接現(xiàn)在廣泛用于要求接合金屬,如接合在汽車制造中使用的鋼的大多數(shù)用途中。隨著微處理器的出現(xiàn),焊接控制器已經(jīng)變得更加高級(jí),并且使用各種控制技術(shù),以便隨著觸頭磨損在其整個(gè)壽命期間保證焊接質(zhì)量。無論使用什么過程或控制技術(shù),大多數(shù)焊接控制器包括幾個(gè)基本元件。這些包括一個(gè)焊接控制模塊、一個(gè)功率模塊、一個(gè)焊接變壓器及一些觸頭。功率模塊通常包括功率半導(dǎo)體,如根據(jù)由控制模塊產(chǎn)生的預(yù)置焊接程序把進(jìn)來的功率切換到焊接變壓器的可控硅整流器(SCR)。焊接變壓器把進(jìn)來的功率轉(zhuǎn)換成聯(lián)接到觸頭上的大電流脈沖,以對(duì)觸頭之間的工件進(jìn)行焊接。
焊接程序?qū)⑹褂孟嘟强刂苼砬袚Q功率模塊。為了保持希望的熱量值傳送到焊縫,觸發(fā)SCR的適當(dāng)相角是把功率傳送到焊接控制器且以后經(jīng)焊接控制器傳送到焊接變壓器的電源的狀態(tài)的函數(shù)。
在美國專利號(hào)4,289,948中公開了一種早期類型的電壓補(bǔ)償焊機(jī)控制器,該專利描述了一種根據(jù)測(cè)量線電壓和確定其名義值來求出計(jì)時(shí)信號(hào)的方法。該名義值與期望的或希望的電壓值相比較。在經(jīng)驗(yàn)求出的公式中使用該差值,來確定必需升高或降低施加到焊接變壓器和觸頭上的有效電壓的新觸發(fā)角,以便保持焊接電流恒定和獨(dú)立于線電壓的變化。在準(zhǔn)確知道負(fù)載數(shù)值和功率因數(shù)、和一個(gè)無限恒定的電壓源出現(xiàn)在到焊接控制器的輸入處的假設(shè)下,觸發(fā)SCR將保持焊接電流恒定。然而,由于負(fù)載阻抗從一部分到一部分變化,并且觸頭的特征由于磨損而變化,所以實(shí)際線電壓很少是名義設(shè)計(jì)電壓。
通常,實(shí)際線電壓不僅是源電壓而且是線路阻抗的函數(shù)。線電壓能不同于名義設(shè)計(jì)電壓,因?yàn)殡妷涸词怯呻娏井a(chǎn)生的、且受配電系統(tǒng)影響的真實(shí)電壓源,并因此可能不是焊接控制的名義設(shè)計(jì)電壓。線路阻抗的存在導(dǎo)致電壓降與流入焊接的電流成比例。把實(shí)際焊接電流與目標(biāo)負(fù)載電流相比較,后者與實(shí)際線電壓與名義線電壓的比值成比例,并且減小一個(gè)是名義負(fù)載電流與焊接總可用名義短路電流的比值的函數(shù)的因數(shù)。
先有技術(shù)假定電壓源是恒定的而沒有線路阻抗。前提是焊接控制器能夠由當(dāng)前的焊接脈沖測(cè)量焊接控制器的線電壓,并且能根據(jù)該測(cè)量校正下一個(gè)焊接脈沖。在穩(wěn)定狀態(tài)下,這提供了希望的結(jié)果。然而,有與限制其有效性的該方法有關(guān)的瞬態(tài)響應(yīng)。在穩(wěn)定狀態(tài)下,實(shí)際焊接負(fù)載電流是名義負(fù)載電流。然而,焊接電流的最先兩個(gè)循環(huán)顯著小于用于配電系統(tǒng)的名義希望電流,配電系統(tǒng)是非常恒定的,因?yàn)槌跏钾?fù)載電流不顯著偏離名義希望電流。先有技術(shù)在提供十分穩(wěn)定的狀態(tài)響應(yīng)的同時(shí),具有在焊接用途中有害的瞬態(tài)特性,特別是在使用少量循環(huán)進(jìn)行焊接的地方,如在鋁焊接時(shí)。僅包括較大電流的3-6個(gè)循環(huán)的焊接脈沖在現(xiàn)代用途中是非常普通的,所以在焊接控制瞬態(tài)響應(yīng)方面的改進(jìn)是非常有益的。
希望開發(fā)一種系統(tǒng)或方法,借此減小該瞬態(tài)特性,并且能補(bǔ)償線路阻抗的影響,導(dǎo)致本焊接控制器的瞬態(tài)性能相對(duì)于先有技術(shù)控制的明顯改進(jìn)。
因而,本發(fā)明的主要目的在于,提供一種相位控制焊接控制器系統(tǒng),該系統(tǒng)使用一個(gè)焊接線和負(fù)載阻抗的、和開路焊接輸入電壓的內(nèi)部模型,以求出一個(gè)保持期望焊接電流的名義觸發(fā)角序列或?qū)ń切蛄小?br>
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于,提供一種估計(jì)期望焊接線和負(fù)載阻抗、和開路線電壓以求出內(nèi)部模型的相位控制焊接控制器系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于,提供一種在焊接序列期間準(zhǔn)確測(cè)量焊接線和負(fù)載阻抗、和線電壓的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于,提供一種用于如果保持希望的焊接序列則利用測(cè)量和估計(jì)的焊接線和負(fù)載阻抗來確定期望線電壓的方法和設(shè)備。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中,組成本發(fā)明的基本元件系統(tǒng)包括,但不限于一個(gè)焊接控制模塊、一個(gè)功率模塊、一個(gè)焊接變壓器及一些由單相電源操作的觸頭。功率模塊包括功率半導(dǎo)體,如根據(jù)保持由控制模塊產(chǎn)生的希望焊接序列的預(yù)置程序把進(jìn)來的功率切換到焊接變壓器的可控硅整流器(SCR)或閘流管。焊接變壓器把進(jìn)來的功率轉(zhuǎn)換成聯(lián)接到觸頭上的大電流脈沖,以對(duì)觸頭之間的工件進(jìn)行焊接。
在本發(fā)明的相位控制焊接控制器中,一個(gè)控制變量涉及至與輸入線電壓有關(guān)的SCR的觸發(fā)脈沖的計(jì)時(shí)。如此,把焊接控制器看作是一個(gè)帶有表示為數(shù)學(xué)數(shù)列的,而是連續(xù)時(shí)間變化量的輸入、輸出和狀態(tài)變量的離散時(shí)間系統(tǒng),在數(shù)列中的最小單位表示交流電源在時(shí)間上的半個(gè)循環(huán)。在大多數(shù)焊接用途中,及特別是在對(duì)汽車制造的電阻焊接控制的用途中,通常在負(fù)載阻抗方面幾乎沒有零件至零件變化,除非有嚴(yán)重的工藝問題,如工具失效或嚴(yán)重的零件裝配問題。本發(fā)明建立一個(gè)由理想電壓源和集中線路阻抗組成的焊接電源的內(nèi)部集中參數(shù)模型、和一個(gè)期望負(fù)載電流與導(dǎo)通角之間的關(guān)系形式的負(fù)載阻抗的內(nèi)部集中參數(shù)模型。焊接控制器根據(jù)線路阻抗、開路線電壓、和負(fù)載電流與導(dǎo)通角之間的估計(jì)關(guān)系的估計(jì)模型,和在觸發(fā)角、導(dǎo)通角與負(fù)載電路功率因數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,計(jì)算名義觸發(fā)角數(shù)列,如果諸模型是準(zhǔn)確的,則將實(shí)現(xiàn)希望的焊接序列。使用這樣一種事先求出的模型來計(jì)算名義控制信號(hào)的該過程,通常稱作前饋控制。焊接控制器以后使用實(shí)時(shí)接收的測(cè)量值,同時(shí)執(zhí)行焊接序列來改進(jìn)名義觸發(fā)角,以更好地實(shí)現(xiàn)希望目標(biāo)。響應(yīng)目標(biāo)與觀察參數(shù)值之間的誤差來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制參數(shù)的該過程,稱作閉環(huán)反饋控制。對(duì)于實(shí)際負(fù)載該方法允許焊接控制器迅速地達(dá)到希望焊接序列,同時(shí)允許低的反饋增益,導(dǎo)致一種響應(yīng)迅速和準(zhǔn)確而不過分敏感的系統(tǒng)。
由結(jié)合其中表示有本發(fā)明最佳實(shí)施例的附圖所作的如下詳細(xì)說明,將明白本發(fā)明的、認(rèn)為是新穎且不顯然的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。為了理解不必由這樣的實(shí)施例代表的本發(fā)明的整個(gè)范圍,參照權(quán)利要求書。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一種基本焊接控制器10的總方塊圖。
圖2是圖1焊接控制器的簡(jiǎn)化集中參數(shù)電路模型,帶有有關(guān)的配電系統(tǒng)和焊接負(fù)載。
圖3表示對(duì)于30%的功率因數(shù)和4000安培的最大電流、實(shí)際焊接電流與導(dǎo)通角的關(guān)系曲線。
圖4是圖1中所示焊接調(diào)節(jié)器的詳細(xì)方塊圖。
圖5提供圖1中所示名義觸發(fā)角發(fā)生器的細(xì)節(jié)。
圖6表示圖1中所示觸發(fā)角補(bǔ)償器的擴(kuò)展方塊圖。
圖7在%I的焊接模式中擴(kuò)展圖6的反饋補(bǔ)償器功能元件。
圖8在恒電流焊接模式中擴(kuò)展圖6的反饋補(bǔ)償器功能元件。
圖9擴(kuò)展圖1中所示焊接調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)I-g估計(jì)器功能元件。
圖10表示一個(gè)用來計(jì)算由圖4中所示動(dòng)態(tài)估計(jì)器使用的線路阻抗的新估計(jì)值的過程。
盡管本發(fā)明對(duì)多種不同形式的實(shí)施例是有效的,但這里將詳細(xì)描述和說明一個(gè)最佳實(shí)施例。本公開舉例說明本發(fā)明的原理,而不要認(rèn)為把本發(fā)明的寬廣方面限制為所述的具體實(shí)施例。
圖1表示一種基本焊接控制器10的總方塊圖。一個(gè)焊接電源經(jīng)輸入線L1和L2連接到焊接控制器上。焊接控制器經(jīng)一個(gè)串行通信鏈12編程,串行通信鏈12連接到在焊接控制器10外部的一個(gè)焊接編程器14上。一旦經(jīng)焊接編程器輸入程序,就經(jīng)外圍設(shè)備16初始化焊接程序的執(zhí)行,外圍設(shè)備16連線到其后把焊接程序分解成一個(gè)或多個(gè)焊接命令脈沖19的焊接序列I/O 18上。焊接控制器10的輸出連線到一個(gè)焊接變壓器20和焊槍22上,焊槍22使電流通過包括兩個(gè)或多個(gè)要接合的金屬件的工件。
焊接控制器10還包括一個(gè)焊接調(diào)節(jié)器24、一個(gè)觸發(fā)控制模塊26、及一個(gè)相位基準(zhǔn)時(shí)鐘28。數(shù)字電壓表30用來測(cè)量輸入線電壓L1-L2的各種參數(shù),如電壓時(shí)間面積、和極性。一個(gè)電流傳感器32產(chǎn)生與流入焊接變壓器20的初級(jí)中的電流成比例的電流信號(hào)H1、H2。一個(gè)數(shù)字電流表34用來測(cè)量初級(jí)負(fù)載電流的各種參數(shù),如電流時(shí)間面積、極性、和導(dǎo)通時(shí)間。
焊接調(diào)節(jié)器24包括一個(gè)微處理器、有關(guān)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、及一個(gè)諸如晶體控制時(shí)鐘之類的時(shí)基基準(zhǔn)源。焊接調(diào)節(jié)器24是焊接控制器10的功能電腦,并且與所有其他功能相配合,以產(chǎn)生經(jīng)觸發(fā)控制模塊26觸發(fā)固態(tài)焊接接觸器36的適當(dāng)計(jì)時(shí)信號(hào),觸發(fā)控制模塊26在軟件控制下與相位基準(zhǔn)時(shí)鐘28同步。固態(tài)焊接接觸器36根據(jù)來自觸發(fā)控制器的觸發(fā)脈沖形式的命令切換線電壓。該接觸器一般包括一對(duì)帶有接收觸發(fā)脈沖所需的有關(guān)緩沖、電平移動(dòng)和脈沖成形電路的背對(duì)背閘流管。焊接序列I/O 18包括至外圍設(shè)備16的一個(gè)硬件接口,外圍設(shè)備16可以具有硬接線數(shù)字輸入和輸出、或按各種商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的幾個(gè)串行通信接口的一個(gè)的形式,并且包括在焊接程序的初始產(chǎn)生至焊接調(diào)節(jié)器的一個(gè)或多個(gè)焊接命令脈沖19的軟件。
相位基準(zhǔn)時(shí)鐘28是獨(dú)立于軟件延遲而工作的自由運(yùn)行時(shí)鐘。相位基準(zhǔn)時(shí)鐘根據(jù)進(jìn)來線電壓L1和L2的頻率和相位估計(jì)值,為固態(tài)接觸器觸發(fā)脈沖提供一個(gè)內(nèi)部時(shí)基。相位基準(zhǔn)時(shí)鐘的周期在軟件控制下能設(shè)置和修改。在最佳實(shí)施例中,在焊接調(diào)節(jié)器24外部的硬件中,利用通??捎玫目删幊逃?jì)數(shù)器,實(shí)現(xiàn)相位基準(zhǔn)時(shí)鐘。在操作中,編程計(jì)數(shù)器,以產(chǎn)生成為由焊接調(diào)節(jié)器24使用的中斷序列的方波。計(jì)數(shù)器的周期由設(shè)置時(shí)鐘周期以跟蹤輸入線電壓的焊接調(diào)節(jié)器24編程。相位基準(zhǔn)時(shí)鐘28、數(shù)字電壓表30、和數(shù)字電流表34的細(xì)節(jié)公開在普通授予的美國專利申請(qǐng)序號(hào)08/866,829中,該申請(qǐng)?jiān)?997年5月30日提出,并且標(biāo)題為“用于焊接控制器的相位失真補(bǔ)償時(shí)基(Phase Distortion Compensated Time Base for a Weld Controller)”,其細(xì)節(jié)包括在這里供參考。
焊接控制器10支持兩種焊接控制類型百分比電流(%I)焊接,調(diào)節(jié)閘流管觸發(fā)角,以調(diào)節(jié)代表進(jìn)入假定負(fù)載阻抗的最大焊接電流的百分比的電壓和線路阻抗補(bǔ)償導(dǎo)通角;和恒定電流焊接,調(diào)節(jié)閘流管觸發(fā)角以直接達(dá)到目標(biāo)電流。一般形式的%I焊接命令指示由固態(tài)接觸器導(dǎo)通角與存儲(chǔ)在I-γ表中的期望焊接電流之間的估計(jì)關(guān)系確定的最大可控制電流的百分比。以后定義術(shù)語最大可控制電流。第一形式的%I命令打算以最大可控制電流的YY百分比輸送XX循環(huán)的恒定焊接脈沖。第二形式打算在焊接的XX循環(huán)范圍內(nèi)線性地把焊接電流從最大可控制電流的Y1升到Y(jié)2百分比。
在焊接控制器10中的恒定電流焊接命令的一般形式,包括在XX循環(huán)的時(shí)段上試圖把YY安培RMS的焊接電流輸送到焊接變壓器的初級(jí)的第一形式。第二形式允許用戶編程希望的次級(jí)電流,焊接控制器10以后由知道的焊接變壓器匝比值把該次級(jí)電流轉(zhuǎn)換成初級(jí)安培數(shù)。類似地,第三形式的焊接命令試圖在XX循環(huán)的時(shí)段上產(chǎn)生焊接電流從Y1安培到Y(jié)2安培的線性斜坡,而第四命令允許用戶以次級(jí)千安培數(shù)為線性斜坡規(guī)定焊接電流目標(biāo),次級(jí)千安培數(shù)以后由焊接控制器10轉(zhuǎn)換成初級(jí)安培數(shù)。
圖2是用于焊接控制器10的簡(jiǎn)化集中參數(shù)電路模型40、及用來導(dǎo)出焊接控制器10的數(shù)學(xué)模型的有關(guān)配電系統(tǒng)和焊接負(fù)載。集中參數(shù)模型40包括一個(gè)焊接電源42、焊接控制器10和一個(gè)焊接負(fù)載阻抗44。焊接電源42模型化成兩個(gè)電路元件一個(gè)電壓源46,假定是沒有串聯(lián)阻抗的理想電壓源;和一個(gè)串聯(lián)連接的集中線路阻抗Zline,假定是理想和線性的,并且在理想電壓源與焊接控制器之間產(chǎn)生與焊接負(fù)載電流成比例的電壓降。焊接控制器10能夠觀測(cè)負(fù)載電流Iload、和在其輸入終端處施加的電壓Vwc。利用基于相位控制的閘流管,焊接控制器在其輸出終端處產(chǎn)生一個(gè)焊接電壓Vload,相應(yīng)焊接電流為Iload。焊接負(fù)載阻抗44包括焊接變壓器20、工件、工具22、夾具和其他阻抗源。為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型,所有這些元件的阻抗集中成一個(gè)在焊接控制的輸出終端處表示為Zload的單阻抗量。當(dāng)焊接控制把電壓Vload施加到負(fù)載阻抗上時(shí),生成的電流是Iload。
在傳導(dǎo)到一個(gè)電感性負(fù)載中時(shí)閘流管電壓與電流之間的關(guān)系,如在正常電阻焊接用途中那樣,是熟知的。為了保持隨后討論的頻率的獨(dú)立性,按度而不是按時(shí)間估計(jì)正弦電壓源。對(duì)于以度定義的正弦,相對(duì)于名義跟蹤正弦電壓源的零交點(diǎn)的相位基準(zhǔn)時(shí)鐘,在角α處觸發(fā)閘流管,在該時(shí)刻閘流管開始傳導(dǎo)電流。在傳導(dǎo)的同時(shí)在線電壓與線電流之間的關(guān)系與下式成比例
其中φ是觀測(cè)角,α是相對(duì)于用來觸發(fā)閘流管的線電壓的零交點(diǎn)的角,θ是負(fù)載的滯后角,及γ是閘流管的導(dǎo)通角,最小角滿足下式e-(α+γtan(θ))sin(α-θ)+sin(α+γ-θ)=0,γ>0---(2)]]>通過下式使在公式(1)中的負(fù)載阻抗的滯后角θ與電路功率因數(shù)pf有關(guān)θ=arccos(pf)(3)假定圖2的集中參數(shù)模型40,對(duì)于不包含線路阻抗(48)的焊接電壓的歸一化理想源46和本質(zhì)上是電感性的歸一化焊接負(fù)載阻抗44,由閘流管導(dǎo)通的半個(gè)循環(huán)產(chǎn)生的RMS電流能作為焊接導(dǎo)通角和功率因數(shù)的函數(shù)用曲線表示。在集中參數(shù)模型40中,負(fù)載能完全由一根I-g曲線特征化。為了做到這點(diǎn),知道電路功率因數(shù)就足夠了,該電路功率因數(shù)唯一地支配負(fù)載阻抗特征曲線的“形狀”、和在一個(gè)導(dǎo)通角處和在已知電壓下的焊接電流。在整個(gè)180度導(dǎo)通時(shí)和在名義線電壓下能產(chǎn)生的最大電流因此稱作I180,并且通過下式與名義負(fù)載阻抗Zload有關(guān)I180=VnomZload---(4)]]>給出I180的值和用于負(fù)載阻抗的歸一化I-γ曲線,能建造實(shí)際焊接電流與導(dǎo)通角的關(guān)系曲線。對(duì)于30%的功率因數(shù)和4000安培的最大電流I180,圖3表示這樣一條曲線。給出圖3、和希望的焊接電流,能由該曲線圖確定達(dá)到希望電流所需要的導(dǎo)通角。而且,以上公式(3)和(4)使觸發(fā)角、導(dǎo)通角和負(fù)載功率因數(shù)發(fā)生關(guān)系。如此,采用在觸發(fā)角和導(dǎo)通角方向上都有線性插入的查閱圖表,來確定電路功率因數(shù)和觸發(fā)角。這成為動(dòng)態(tài)的I-γ曲線(DIG)模型,保持在焊接控制器10內(nèi),并且在名義線電壓Vnom下提供一種在導(dǎo)通角與期望生成焊接電流之間的期望關(guān)系。該信息用作計(jì)算焊接控制器焊接調(diào)節(jié)器控制戰(zhàn)略中一個(gè)前饋項(xiàng)的基礎(chǔ)。
在焊接控制器調(diào)節(jié)器控制戰(zhàn)略中一個(gè)前饋項(xiàng)的目標(biāo)是產(chǎn)生如下形式的線電壓序列Vload(n)=Vnom*%Imax(n)(5)其中Vnom是指定給控制器的電源的值,例如在美國為480VAC,及%Imax(n)是由目標(biāo)焊接電流表示的且由DIG模型確定的最大可控制焊接電流的百分比。在本發(fā)明中,最大可控制焊接電流Imax定義為在170度導(dǎo)通角下由動(dòng)態(tài)I-γ曲線給出的電流,允許導(dǎo)通角目標(biāo)的10度校正,以補(bǔ)償在最高%I值下線電壓變化和線路阻抗的影響。當(dāng)編程a%I焊接時(shí),目標(biāo)電流是指示的Imax的百分比。類似地,通過把目標(biāo)電流除以Imax確定與恒電流焊接中的目標(biāo)電流對(duì)應(yīng)的%I。
在給定導(dǎo)通角下觀測(cè)的實(shí)際電流的變化歸因于兩個(gè)原因。線電壓不是基于DIG模型的名義線電壓,或者DIG模型不是負(fù)載阻抗的準(zhǔn)確表示。使用公式4、和把在焊接控制的輸入處出現(xiàn)的線電壓序列定義為Vwc(n),并且假定負(fù)載阻抗的內(nèi)部模型匹配實(shí)際負(fù)載阻抗,根據(jù)通過焊接控制器10的第p個(gè)焊接命令的解釋、目標(biāo)電流序列It(n)和生成的觸發(fā)角序列α(n),由焊接控制器產(chǎn)生的實(shí)際生成負(fù)載電壓將是
Vload(n)=Vwc(n)*%Imax(n)(6)焊接控制器的前饋路徑將產(chǎn)生一個(gè)試圖把該百分比的名義焊接電壓施加到負(fù)載上的觸發(fā)角。
本發(fā)明估計(jì)當(dāng)觸發(fā)SCR時(shí)生成的一條線。這個(gè)估計(jì)的線電壓序列定義為Vest(n),并且使用下式能估計(jì)新的目標(biāo)電流序列Itc(n)Itc(n)=It(n)*VnomVest(n)---(7)]]>把這個(gè)新的目標(biāo)電流代入(5)中,并且重新布置諸項(xiàng),生成的電壓能表示為Vload(n)=(Vwc(n)Vest(n))*Vnom*%Imax(n)---(8)]]>比較(8)和(6),看系統(tǒng)能否準(zhǔn)確地估計(jì)生成的線電壓序列,從而Vwc(n)和Vest(n)相等,在(8)中括號(hào)中的表示將是一,并且根據(jù)(6)焊接控制將產(chǎn)生適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)線電壓序列Vt(n)。
圖4表示圖1焊接調(diào)節(jié)器24的方塊圖。它是焊接控制器10的中心元件,并且與所有其他功能相配合確定和產(chǎn)生適當(dāng)?shù)挠?jì)時(shí)信號(hào),以經(jīng)觸發(fā)控制器模塊26觸發(fā)閘流管。其功能是求出能求出正確焊接序列的名義觸發(fā)角序列,若假定能準(zhǔn)確地估計(jì)負(fù)載阻抗、線路阻抗和線電壓,則在操作的同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際觀測(cè)行為,對(duì)名義序列進(jìn)行小調(diào)節(jié)。焊接調(diào)節(jié)器24的兩個(gè)主要塊是一個(gè)修改名義序列的補(bǔ)償觸發(fā)角發(fā)生器50、和一個(gè)名義觸發(fā)角發(fā)生器52。
為了產(chǎn)生名義觸發(fā)角和目標(biāo)導(dǎo)通角及電流序列,名義觸發(fā)角發(fā)生器52需要幾個(gè)輸入。首先,一個(gè)焊接命令預(yù)處理器功能元件56由操作者所編程的第p個(gè)焊接脈沖命令導(dǎo)出信息,包括用于該第p個(gè)脈沖的初級(jí)電流的開始目標(biāo)值StartI(p)、用于該第p個(gè)脈沖的初級(jí)電流的結(jié)束目標(biāo)值EndI(p)、第p個(gè)脈沖中焊接的循環(huán)數(shù)量Cycles(p)、及標(biāo)記為Type(p)的焊接類型(%I或CCWELD)。
在恒定電流焊接的情況下,預(yù)處理涉及把輸入的任何次級(jí)電流值轉(zhuǎn)換成初級(jí)電流(使用規(guī)定的變壓器匝比值)和抽取以上信息。在a%I焊接的情況下,通過把用戶編程的百分比乘以來自DIG的電流Imax,把編程的百分比轉(zhuǎn)換成目標(biāo)初級(jí)電流,Imax如上所述在名義設(shè)計(jì)電壓下在170度的導(dǎo)通角下由焊接控制供給到名義估計(jì)負(fù)載。StartI(p)、EndI(p)、Cycles(p)、及Type(p)都輸入到名義觸發(fā)角發(fā)生器52中,并且Type(p)也是到補(bǔ)償觸發(fā)角發(fā)生器的一個(gè)輸入。
一個(gè)線阻抗估計(jì)器功能元件58把線路阻抗的估計(jì)值Z*line提供給名義觸發(fā)角發(fā)生器52。一個(gè)動(dòng)態(tài)I-γ估計(jì)器功能元件54保持負(fù)載功率因數(shù)的事先估計(jì)值PF(p)、和估計(jì)I-γ值的表DIG(p),兩者都是使用以后要描述的方法由以前的焊接導(dǎo)出的。數(shù)字電壓表功能元件30把用于線電壓每個(gè)循環(huán)的負(fù)半循環(huán)的RMS線電壓的估計(jì)值V-(n)供給到名義觸發(fā)角發(fā)生器52。數(shù)字電流表功能元件34把用于每個(gè)負(fù)半循環(huán)的RMS電流的估計(jì)序列I-(n),既供給到名義觸發(fā)角發(fā)生器52又供給到補(bǔ)償觸發(fā)角發(fā)生器50,以及把估計(jì)的正半循環(huán)電流I+(n-1)、負(fù)導(dǎo)通角序列γ-(n)、和正導(dǎo)通角序列γ+(n-1)供給到補(bǔ)償觸發(fā)角發(fā)生器50。
就以上給出的輸入而論,名義觸發(fā)角發(fā)生器52把一個(gè)名義觸發(fā)角序列αnom(n+1)、一個(gè)補(bǔ)償目標(biāo)導(dǎo)通角序列γτ(n-1)、及一個(gè)目標(biāo)電流序列It(n+1)提供到補(bǔ)償觸發(fā)角發(fā)生器50。補(bǔ)償觸發(fā)角發(fā)生器50把一個(gè)正半循環(huán)觸發(fā)角序列α+(n+1)、和一個(gè)負(fù)半循環(huán)觸發(fā)角序列α-(n+1)提供到觸發(fā)控制器26,觸發(fā)控制器26輸出觸發(fā)閘流管的電氣脈沖序列,導(dǎo)致焊接電流流動(dòng)。
圖5提供名義觸發(fā)角發(fā)生器52的細(xì)節(jié)。一個(gè)焊接軌跡發(fā)生器60產(chǎn)生一個(gè)名義電流的序列It(n+1),用標(biāo)記“(n+1)”指示軌跡發(fā)生器的輸出是用于焊接下個(gè)循環(huán)的名義電流值的。由焊接軌跡發(fā)生器60產(chǎn)生的序列由下式給出
一個(gè)線路阻抗補(bǔ)償器功能元件62根據(jù)以上的數(shù)學(xué)模型,對(duì)于線路阻抗和電壓變化的影響,調(diào)節(jié)由焊接軌跡發(fā)生器60計(jì)算的名義電流軌跡。由線路阻抗估計(jì)器功能元件58產(chǎn)生的用于第p個(gè)焊接脈沖的線路阻抗的估計(jì)值Z*line(p),是到線路阻抗補(bǔ)償器62的一個(gè)輸入,還有循環(huán)數(shù)量。來自以前焊接循環(huán)的線電壓估計(jì)值V-(n-1)從數(shù)字電壓表30供給到線路阻抗補(bǔ)償器62。還供給名義線電壓Vnom,一個(gè)取決于控制的施加的設(shè)計(jì)參數(shù)。在%I模式中線路阻抗補(bǔ)償器62的輸出Itc(n+1)由下式給出
及在恒定電流模式中Itc(n+1)=It(n+1)*Vnom(Vs*(p)-It(n+1)Zline*(p))---(11)]]>其中使用來自剛好在當(dāng)前焊接脈沖啟動(dòng)之前的半循環(huán)的線電壓和線電流用下式計(jì)算Vs*(p)Vs*(p)=V-(0)+I-(0)Zline*(p)---(12)]]>電壓補(bǔ)償目標(biāo)電流序列Itc(n+1)在焊接控制軟件中實(shí)現(xiàn),并且對(duì)于每個(gè)循環(huán)計(jì)算Itc(n+1)的新值。
線路阻抗補(bǔ)償目標(biāo)電流序列Itc(n+1)以后供給到一個(gè)目標(biāo)導(dǎo)通角發(fā)生器64,目標(biāo)導(dǎo)通角發(fā)生器64利用由動(dòng)態(tài)I-γ估計(jì)器功能元件54產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)I-γ曲線序列DIG(p),計(jì)算用于下個(gè)脈沖的一個(gè)目標(biāo)導(dǎo)通角序列γt(n+1)。該目標(biāo)導(dǎo)通角序列、以及也由動(dòng)態(tài)I-γ估計(jì)器54供給的系統(tǒng)功率因數(shù)的估計(jì)值PF(p),供給到一個(gè)名義觸發(fā)角發(fā)生器66,名義觸發(fā)角發(fā)生器66利用表面相關(guān)觸發(fā)角、導(dǎo)通角和功率因數(shù)的數(shù)字化形式,及查閱圖表和在兩維中線性插入的組合,來計(jì)算名義觸發(fā)角序列αnom(n+1)。輸出序列αnom(n+1)成為焊接控制器10戰(zhàn)略中的前饋觸發(fā)角序列,并且是至觸發(fā)角補(bǔ)償器50的一個(gè)輸入,觸發(fā)角補(bǔ)償器50的內(nèi)部操作細(xì)節(jié)依據(jù)焊接類型(%I或恒定電流)具有不同形式。
至觸發(fā)角補(bǔ)償器50的其他輸入是測(cè)量的正和負(fù)導(dǎo)通角序列γ+(n-1)和γ-(n)、測(cè)量的正和負(fù)電流序列I+(n-1)和I-(n)(都由數(shù)字電流表34供給),及焊接類型(恒定電流或%I)。觸發(fā)角補(bǔ)償器的輸出是兩個(gè)觸發(fā)角序列α-(n+1)和α+(n+1)。
圖6表示觸發(fā)角補(bǔ)償器50的擴(kuò)展方塊圖。焊接類型、名義觸發(fā)角、目標(biāo)導(dǎo)通角序列、目標(biāo)電流序列、及來自以前正和負(fù)半循環(huán)的測(cè)量電流和導(dǎo)通角,輸入到一個(gè)反饋補(bǔ)償器功能元件70。反饋補(bǔ)償器70的輸出是補(bǔ)償觸發(fā)角序列αc(n+1),并且表示系統(tǒng)對(duì)正確觸發(fā)角的最好推測(cè),以在下個(gè)焊接完整循環(huán)中采用。該觸發(fā)角序列αc(n+1)以后通過一個(gè)延遲觸發(fā)補(bǔ)償器功能元件72,延遲觸發(fā)補(bǔ)償器功能元件72在一定情況下向焊接脈沖的第一和最后半循環(huán)施加一個(gè)下限。延遲觸發(fā)補(bǔ)償器72的輸出是用于下個(gè)焊接循環(huán)的各目標(biāo)觸發(fā)角αdf-(n+1)和αdf+(n+1)。
對(duì)計(jì)算觸發(fā)角的一種最后檢查在把他們轉(zhuǎn)換成計(jì)時(shí)信號(hào)和把觸發(fā)脈沖施加到閘流管上之前進(jìn)行。一個(gè)動(dòng)態(tài)觸發(fā)角限制功能元件74根據(jù)以前負(fù)半循環(huán)觸發(fā)角αdf-(n)和生成的觀測(cè)導(dǎo)通角γ-(n)施加到觸發(fā)脈沖上,以保證觸發(fā)角不引起一種半循環(huán)狀態(tài)。這些值轉(zhuǎn)換成計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù),并且以后供給到一個(gè)觸發(fā)角計(jì)時(shí)器。
圖7按%I模式擴(kuò)展圖6的反饋補(bǔ)償器70。該系統(tǒng)塊在系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn),并且根據(jù)試驗(yàn)在每個(gè)焊接循環(huán)上有條件地執(zhí)行I-(n-1)>(1-δ)It(n-1) (13)焊接控制器10試驗(yàn)以前的焊接電流,以保證它位于其目標(biāo)值的百分比內(nèi)。如果例如不足的壓力施加到焊槍上從而它不閉合,或者如果在焊接電極與工件之間有絕緣物質(zhì),如粘著劑,則會(huì)違反該條件。如果來自以前負(fù)半循環(huán)的焊接電流不大于由(12)式給出的期望最小電流,則焊接控制器10凍結(jié)用于該循環(huán)的閉環(huán)反饋控制,使用以前的觸發(fā)角,直到完成編程數(shù)量的循環(huán)、檢測(cè)到較嚴(yán)重的誤差狀態(tài)、或電流落在由(12)式規(guī)定的范圍內(nèi)。在本實(shí)施中,δ設(shè)置為.25,這意味著對(duì)于要執(zhí)行的補(bǔ)償算法,測(cè)量的焊接電流需要在期望值的75%內(nèi)。給出滿足在(12)式中描述的條件,按%I模式,焊接控制器計(jì)算由下式給出的狀態(tài)變量值x1(n)x1(n)=x1(n-1)+(γt(n)-γ-(n))+Kg(γ-(n-1)-γ+(n-1))(14)并且下個(gè)目標(biāo)觸發(fā)角α(n+1)由下式給出αc(n+1)=αnom(n+1)+Kipct*x1(n) (15)其中Kg是控制環(huán)的不平衡增益,Kipct是積分增益項(xiàng)。在該焊接控制器10中,Kg和Kipct每個(gè)設(shè)置為0.5。
圖8表示在恒定電流焊接模式中的反饋補(bǔ)償器功能元件70。同樣,根據(jù)以上公式(12)有條件地執(zhí)行補(bǔ)償器。在這種情況下,根據(jù)名義焊接電流相對(duì)于觀測(cè)焊接電流的直接比較,調(diào)節(jié)名義觸發(fā)角。標(biāo)記為x1(n)和x2(n)的兩個(gè)狀態(tài)變量表示在圖8中。與這些的每一個(gè)有關(guān)的序列由下式給出x1(n)=(Inom(n)-I-(n))+Kg(I-(n-1)-I+(n-1))(16)和x2(n)=x2(n-1)+x1(n) (17)并且由下式給出產(chǎn)生α(n+1)的序列αc(n+1)=αnom(n+1)-IK1*x1(n)-IK2*x2(n) (18)其中IK1和IK2是常數(shù)。在焊接控制器中,IK1和IK2的值當(dāng)前分別是100/I180和100/I180。
圖9擴(kuò)展焊接調(diào)節(jié)器50的動(dòng)態(tài)I-g估計(jì)器54。在最佳實(shí)施例中,對(duì)應(yīng)于焊接脈沖p的最后負(fù)半循環(huán)的觸發(fā)角αupd(p)、生成導(dǎo)通角γupd(p)、測(cè)量線電壓Vupd(p)、及測(cè)量負(fù)載電流Iupd(p),用來計(jì)算負(fù)載阻抗功率因數(shù)和相應(yīng)I-γ曲線的新估計(jì)值。αupd(p)和γupd(p)輸入到一個(gè)作為計(jì)算脈沖功率因數(shù)(PE1)的、方塊圖中所示的例行程序中。該功能元件利用在帶有插入的查閱圖表中以前描述的觸發(fā)角、導(dǎo)通角和功率因數(shù)之間的數(shù)字化關(guān)系,由觸發(fā)角和導(dǎo)通角的知識(shí)計(jì)算焊接負(fù)載功率因數(shù)。該功能元件的輸出是標(biāo)記為PFp(p)的標(biāo)量。該標(biāo)量功率因數(shù)形成到數(shù)字濾波器(PE2)的輸入,該數(shù)字濾波器計(jì)算估計(jì)的系統(tǒng)PF(p+1),減小估計(jì)系統(tǒng)功率因數(shù)的焊接到焊接的波動(dòng)。在焊接控制器中使用的濾波器具有形式x(n+1)=kfru(n)+(1-kfr)x(n)(19)其中x(n+1)指示濾波器的輸出,u(n)指示至濾波器的輸入,x(n)指示在更新之前的濾波器輸出值,及kfr是在0與1之間范圍內(nèi)的常數(shù)。在該焊接控制器10中,kfr當(dāng)前設(shè)置為0.25的值。在焊接控制器10中的濾波器的初始值是30%,這表示在電阻焊接應(yīng)用中可能見到的功率因數(shù)的最小值。
在焊接控制器10中,用于給定焊接程序的DIG由與0至180度范圍(包括0和180度)之間的10度導(dǎo)通角的增量相對(duì)應(yīng)的一個(gè)19點(diǎn)向量表示。圖7中圖面的數(shù)字化表示存儲(chǔ)在微處理器的存儲(chǔ)器中。估計(jì)的功率因數(shù)pf(p+1)輸入到一個(gè)軟件功能元件,該功能元件使用查閱表和線性插入的組合來計(jì)算作為功率因數(shù)(PE3)的函數(shù)的歸一化I-g值的向量。該功能元件的輸出標(biāo)記為I-γnorm(p+1,γ)。以后在更新的導(dǎo)通角γupd(PE4)下估計(jì)歸一化的I-g表,以確定由導(dǎo)通角代表的最大電流的百分比。該值用%Iabs(p+1)指示。
在180度導(dǎo)通角下可用的估計(jì)電流I180m(p+1)通過把實(shí)際測(cè)量的更新電流Iupd(p)除以%Iabs(p+1)來確定(PE5)。I180m(p+1)是由在全導(dǎo)通下的焊接控制器可得到的最大電流的估計(jì)值,這時(shí)假定電壓源是恒定的并且在測(cè)量的線電壓Vupd(p)下。因?yàn)閯?dòng)態(tài)I-γ表定義為焊接控制在名義線電壓下的操作特性,所以對(duì)于線電壓通過乘以名義線電壓與測(cè)量線電壓Vupd(p)的比值來調(diào)節(jié)I180m(p+1)(PE6)。該電壓補(bǔ)償器的輸出是I180vc(p+1)。該值以后以與脈沖功率因數(shù)相同的方式通過一個(gè)數(shù)字濾波器(PE7),以得到最大電流估計(jì)值I180(p+1)。通過把歸一化I-γ表的每個(gè)元素I-γnorm(p+1)乘以最大電流估計(jì)值Imax(p+1)(PE8),得到用于焊接控制DIG(p+1)的I-γ特性的估計(jì)值。
要注意,DIG估計(jì)值能以幾種其他方式進(jìn)行,而不違背本發(fā)明的精神。已經(jīng)成功證明的一種實(shí)施是使用用于第p個(gè)焊接脈沖的平均焊接電壓和焊接電流作為更新值。
線路阻抗估計(jì)器58使用來自以前焊接的測(cè)量線電壓和電流,以求出線路阻抗數(shù)值的估計(jì)值。假定線路阻抗緩慢地相對(duì)于焊接脈沖變化。例如,在可以要求電阻焊接控制在一分鐘內(nèi)進(jìn)行幾次焊接的同時(shí),假定在相當(dāng)長的時(shí)段上線路阻抗的變化是可檢測(cè)的??紤]到對(duì)圖1集中參數(shù)方塊圖的戴維寧等效電壓的變化沒有作出這種假設(shè),所以在如下描述的估計(jì)過程中要小心一些。
圖10表示計(jì)算線路阻抗的新估計(jì)值的過程。在每個(gè)“正常完成的”焊接脈沖經(jīng)受數(shù)據(jù)的生效之后,計(jì)算該估計(jì)值。在圖10中,量Voc(p)是最后知道的開路電壓,即知道沒有焊接電流流動(dòng)的最后半循環(huán)的線電壓。假定Voc(p)準(zhǔn)確地表示圖3集中參數(shù)模型中的戴維寧等效電壓源的值Vs,并且該值在焊接脈沖期間不會(huì)明顯地變化。在設(shè)計(jì)中認(rèn)識(shí)到,這未必總是準(zhǔn)確的假設(shè),因此作為一種初始試驗(yàn),相對(duì)于更新電壓Vupd(p)首先比較開路電壓Voc(p)(PE10),更新電壓Vupd(p)是與用來更新上述DIG的焊接電流的最后負(fù)半循環(huán)有關(guān)的相同線電壓。如果更新電壓Vupd(p)大于或等于Voc(p),那么顯然圖3中戴維寧等效電壓源的值Vs已經(jīng)顯著改變,并且沒有進(jìn)行線路阻抗估計(jì)值的更新。
假定開路電壓大于更新電壓,則使用下式計(jì)算對(duì)于脈沖的線路阻抗估計(jì)值Znlp(p)(PE11)Znlp(p)=Voc(p)-Vupd(p)Iupd(p)---(20)]]>該值以與以上相同的方式經(jīng)一個(gè)數(shù)字濾波器PE12濾波,以實(shí)現(xiàn)在線路阻抗補(bǔ)償計(jì)算中使用的線路阻抗估計(jì)值Z*line(p+1)。
注意線路阻抗的估計(jì)能以幾種其他方式進(jìn)行,而不違背本發(fā)明的精神。已經(jīng)成功證明的一種實(shí)施是使用用于第p個(gè)焊接脈沖的平均焊接電壓和焊接電流。已經(jīng)成功證明的第二種實(shí)施是使用來自焊接脈沖第一半循環(huán)的電壓和電流數(shù)據(jù)作為更新循環(huán)。
盡管已經(jīng)說明和描述了具體實(shí)施例,但多種改進(jìn)是可能的,而不脫離本發(fā)明的范圍或精神。以上描述參照一種焊接控制器的用途。然而,描述的原理能容易地應(yīng)用于使用電壓相位控制的任何類型的控制系統(tǒng),包括諸如交流或直流驅(qū)動(dòng)器、變換器、電源等之類的電機(jī)控制、變換器、電源等。
權(quán)利要求
1.一種用于電阻焊機(jī)的數(shù)字焊接控制系統(tǒng),具有通過一個(gè)焊接接觸器把一個(gè)焊接變壓器負(fù)載連接到一個(gè)交流焊接電源上和從其上脫開、以控制焊接序列的計(jì)時(shí)段和在焊接中的熱量強(qiáng)度值而保證優(yōu)質(zhì)焊接的類型,該數(shù)字焊接控制系統(tǒng)包括A.一個(gè)相位基準(zhǔn)時(shí)鐘;B.一個(gè)電壓表;C.一個(gè)電流表;D.一個(gè)觸發(fā)控制器;E.一個(gè)阻抗估計(jì)器,用來根據(jù)來自以前焊接的數(shù)據(jù),估計(jì)負(fù)載阻抗數(shù)值和功率因數(shù);F.一個(gè)電源估計(jì)器,用來根據(jù)焊接電源的集中參數(shù)模型,估計(jì)電源功率;及G.控制裝置,響應(yīng)集中參數(shù)模型、和由焊接電源中線路阻抗的存在引起的估計(jì)電壓降,用來調(diào)節(jié)焊接接觸器在下個(gè)到來的線電壓循環(huán)中的觸發(fā)點(diǎn),并且用來保持焊接電流恒定、和獨(dú)立于線電壓的變化且獨(dú)立于由焊接變壓器負(fù)載抽取的實(shí)際焊接電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字焊接控制系統(tǒng),其中電源的集中參數(shù)模型包括一個(gè)理想電壓源和一個(gè)集中線路阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字焊接控制系統(tǒng),其中電源估計(jì)器估計(jì)理想電壓源的電壓、和電源的集中線路阻抗。
4.一種供電阻焊機(jī)控制用途使用的估計(jì)理想電壓源和線路阻抗的值的方法,包括a.測(cè)量線電壓、和在線電壓的第一循環(huán)中生成的負(fù)載電流;b.測(cè)量線電壓、和在線電壓的第二循環(huán)中生成的負(fù)載電流,其中該負(fù)載電流不同于第一循環(huán)測(cè)量的負(fù)載電流;c.計(jì)算第一循環(huán)的線電壓與第二測(cè)量循環(huán)的線電壓之間的電壓差;d.計(jì)算第一循環(huán)測(cè)量的負(fù)載電流與第二循環(huán)測(cè)量的負(fù)載電流之間的電流差;e.把電壓差除以電流差,以得到線路阻抗的估計(jì)值;及f.通過把估計(jì)的線路阻抗乘以在線路循環(huán)之一中的焊接電流來計(jì)算估計(jì)的理想電壓源值,并且把生成值添加到該線路循環(huán)的測(cè)量電壓上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其中線電壓的第一循環(huán)是其中還沒有命令電流流動(dòng)的循環(huán),及其中線電壓的第二循環(huán)是其中已經(jīng)命令電流流動(dòng)的循環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中線電壓的第一循環(huán)是正好在命令焊接脈沖開始之前的循環(huán)。
7.一種供電阻焊機(jī)控制用途使用的估計(jì)一個(gè)估計(jì)電源的集中參數(shù)模型的理想開路電壓和線路阻抗的方法,包括a.測(cè)量其中還沒命令焊接電流的線電壓的第一子集半循環(huán)中的線電壓;b.把一個(gè)數(shù)字濾波器應(yīng)用于線電壓的第一子集半循環(huán)中,以產(chǎn)生代表理想電壓源的電壓估計(jì)值的單個(gè)值;c.測(cè)量在線電壓的第二子集半循環(huán)中的線電壓和焊接電流、及在其中已經(jīng)命令焊接電流流動(dòng)的循環(huán)中的焊接電流;d.把一個(gè)數(shù)字濾波器應(yīng)用于線電壓的第二子集半循環(huán)中,以產(chǎn)生代表焊接脈沖子集的電壓估計(jì)值的單個(gè)值;e.把一個(gè)數(shù)字濾波器應(yīng)用于焊接電流的第二子集半循環(huán)中,以產(chǎn)生代表焊接脈沖子集的焊接電流估計(jì)值的單個(gè)值;f.計(jì)算第一子集半循環(huán)的線電壓的估計(jì)值與第二子集半循環(huán)的估計(jì)值之間的差值;及g.把電壓估計(jì)值差值除以第二子集半循環(huán)的焊接電流估計(jì)值,以得到功率系統(tǒng)源阻抗的估計(jì)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中數(shù)字濾波器計(jì)算線電壓循環(huán)的子集的平均值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中數(shù)字濾波器計(jì)算焊接電流的子集的平均值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,其中測(cè)量的線電壓的第一子集半循環(huán)至少包括一個(gè)來自正好在焊接脈沖開始前的一個(gè)循環(huán)的半循環(huán)。
11.一種數(shù)字焊接控制系統(tǒng),包含一個(gè)包括理想電壓源和串聯(lián)連接的線路阻抗的電源的集中參數(shù)模型,并且還包含一個(gè)根據(jù)從以前焊接收集的信息的焊接負(fù)載的內(nèi)部保持集中參數(shù)模型,該數(shù)字焊接控制系統(tǒng)假定實(shí)際負(fù)載和電源準(zhǔn)確地由電源和負(fù)載阻抗的內(nèi)部模型表示,產(chǎn)生一個(gè)名義觸發(fā)角序列,以實(shí)現(xiàn)焊接電流的一個(gè)目標(biāo)半循環(huán)序列。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字焊接控制系統(tǒng),其中名義觸發(fā)角序列由如下步驟確定a.估計(jì)假定目標(biāo)電流是由電源的估計(jì)集中參數(shù)模型供給而出現(xiàn)的線電壓;b.把希望目標(biāo)電流縮放一個(gè)名義設(shè)計(jì)電壓與估計(jì)線電壓的比值,以產(chǎn)生一個(gè)電源補(bǔ)償目標(biāo)焊接電流序列;及c.由與在名義線電壓下的焊接電流和觸發(fā)角有關(guān)的模型,確定實(shí)現(xiàn)電源補(bǔ)償目標(biāo)焊接電流序列所要求的名義觸發(fā)角序列。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)字焊接控制系統(tǒng),其中由與在名義線電壓下的焊接電流和觸發(fā)角有關(guān)的模型、確定名義觸發(fā)角序列以實(shí)現(xiàn)電源補(bǔ)償目標(biāo)焊接電流序列的步驟包括如下步驟a.由與在規(guī)定名義線電壓下的焊接電流和導(dǎo)通角有關(guān)的集中參數(shù)負(fù)載阻抗模型,確定在名義電壓下實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目標(biāo)電流的目標(biāo)導(dǎo)通角;及b.由與觸發(fā)角、功率因數(shù)和導(dǎo)通角有關(guān)的模型,確定實(shí)現(xiàn)目標(biāo)導(dǎo)通角所要求的名義觸發(fā)角。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)字焊接控制系統(tǒng),其中在焊接脈沖中的第一焊接循環(huán)之后的焊接循環(huán)的名義觸發(fā)角由如下步驟計(jì)算a.測(cè)量焊接以前或當(dāng)前半循環(huán)或全循環(huán)的線電壓;b.把希望目標(biāo)電流縮放一個(gè)名義設(shè)計(jì)電壓與焊接的以前或當(dāng)前半循環(huán)或全循環(huán)的測(cè)量線電壓的比值,以產(chǎn)生一個(gè)電源補(bǔ)償目標(biāo)焊接電流;及c.由與在名義線電壓下的焊接電流和觸發(fā)角有關(guān)的模型,確定實(shí)現(xiàn)電源補(bǔ)償目標(biāo)焊接電流序列所要求的名義觸發(fā)角序列。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的數(shù)字焊接控制系統(tǒng),其中由與在名義線電壓下的焊接電流和觸發(fā)角有關(guān)的模型、確定名義觸發(fā)角序列以實(shí)現(xiàn)電源補(bǔ)償目標(biāo)焊接電流序列的步驟包括如下步驟a.由與在規(guī)定名義線電壓下的焊接電流和導(dǎo)通角有關(guān)的集中參數(shù)負(fù)載阻抗模型,確定在名義電壓下實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目標(biāo)電流的目標(biāo)導(dǎo)通角;及b.由與觸發(fā)角、功率因數(shù)和導(dǎo)通角有關(guān)的模型,確定實(shí)現(xiàn)目標(biāo)導(dǎo)通角所要求的名義觸發(fā)角。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字焊接控制系統(tǒng),進(jìn)一步包括反饋裝置,以響應(yīng)在目標(biāo)導(dǎo)通角序列與測(cè)量導(dǎo)通角序列之間的差值,調(diào)節(jié)名義觸發(fā)角,以便在以后的循環(huán)中使目標(biāo)導(dǎo)通角序列與實(shí)際導(dǎo)通角之間的差值最小。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字焊接控制系統(tǒng),進(jìn)一步包括反饋裝置,以響應(yīng)在目標(biāo)焊接電流序列與測(cè)量焊接電流之間的差值,調(diào)節(jié)名義觸發(fā)角,以便在以后的循環(huán)中使目標(biāo)焊接電流與實(shí)際焊接電流之間的差值最小。
全文摘要
一種相位焊接控制器系統(tǒng),使用焊接線和負(fù)載阻抗的及開路焊接輸入電壓的內(nèi)部模型,求出一個(gè)保持期望焊接電流序列的名義觸發(fā)角序列或?qū)ń切蛄?。該焊接控制器根?jù)線路阻抗的估計(jì)模型、開路線電壓、和負(fù)載電流與導(dǎo)通角之間的估計(jì)關(guān)系、及在如果諸模型準(zhǔn)確則實(shí)現(xiàn)希望焊接序列的觸發(fā)角、導(dǎo)通角、和負(fù)載電路功率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,計(jì)算一個(gè)名義觸發(fā)角序列。焊接控制器以后使用在執(zhí)行焊接序列的同時(shí)實(shí)時(shí)接收的測(cè)量值,來改進(jìn)名義觸發(fā)角,以更好地實(shí)現(xiàn)希望目標(biāo)。該方法借助于實(shí)際負(fù)載使焊接控制器迅速實(shí)現(xiàn)希望的焊接序列,同時(shí)允許低的反饋增益,產(chǎn)生一種響應(yīng)迅速和準(zhǔn)確而不過分敏感的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B23K11/25GK1256655SQ99800186
公開日2000年6月14日 申請(qǐng)日期1999年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月27日
發(fā)明者保羅·R·布達(dá), 喬納森·H·貝利 申請(qǐng)人:方D公司