一種弧焊電源電流雙閉環(huán)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于弧焊電源和電流控制相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種弧焊電源的電流雙閉環(huán) 控制方法的設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002] 逆變焊機按照焊接方法分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。電弧焊作為熔焊方法的一 種，是指利用電弧作為焊接熱源的一種焊接方法，由于電弧能簡便而有效地將電能轉(zhuǎn)換成 工作過程中需要的熱能和機械能，因而電弧焊焊接方法在國民生活和生產(chǎn)實踐中占據(jù)著主 要地位，在發(fā)達國家的焊接生產(chǎn)總量中比率高達60%?；『改孀冸娫词请娀『傅暮诵慕M成 部分，給電弧提供電能，并滿足電弧焊機工作時所需的電氣特性，因此，弧焊逆變電源的性 能好壞直接影響電弧焊的焊接質(zhì)量。弧焊逆變電源工作時，當主電路受到電網(wǎng)電壓波動或 變壓器偏磁等擾動時，電流波動增大，對于單閉環(huán)的電流調(diào)節(jié)，只有當輸出電流有變化時， 控制系統(tǒng)才能開始調(diào)節(jié)，故動態(tài)響應(yīng)速度慢，不能對主電路電流快速調(diào)節(jié)，特別是主電路過 電流時，易燒壞變壓器和功率器件。且弧焊電源工作時，電弧負載經(jīng)常處于變化中，提高電 流響應(yīng)速度有助于提高系統(tǒng)可靠性。
[0003] 針對此，國內(nèi)外學(xué)者進行了相關(guān)研究，提出了多種解決辦法，包括電容濾波、保護 控制、恒峰值電流控制及其他改進方式。電容濾波利用電容的隔直性濾除直流分量，不利于 大功率工作場合。保護控制即主電路過電流時，切斷電路，未從根本上防止過電流發(fā)生。恒 峰值電流控制通過原邊峰值電流反饋實現(xiàn)對功率器件電流實時控制，但只有峰值電流反 饋，對輸出電流不能很準確調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種數(shù)字化弧焊逆變電源電流雙閉環(huán)控制方法的設(shè)計，電流內(nèi)環(huán)在每 個開關(guān)周期對變壓器原邊峰值電流進行采樣，對主電路電流實時調(diào)節(jié)，避免過電流;帶電流 前饋控制的電流外環(huán)對弧焊電源的輸出電流控制，能夠提高輸出電流的響應(yīng)速度和對負載 的適應(yīng)性，
[0005] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種弧焊逆變電源的帶電流前饋控制的電流雙閉環(huán)控制方法，由電流采樣調(diào)理電 路、電流控制模塊、電流驅(qū)動電路組成，電流雙閉環(huán)分別為帶電流前饋控制的電流外環(huán)和實 現(xiàn)主電路電流調(diào)節(jié)的電流內(nèi)環(huán)。弧焊逆變電源工作時，輸出電感電流I。與電流給定值I g的差 值進行帶有電流前饋環(huán)節(jié)的PI調(diào)節(jié)，實現(xiàn)輸出電流的閉環(huán)調(diào)節(jié)，之后外環(huán)電流調(diào)節(jié)值181與 主電路中變壓器原邊峰值電流瞬時采樣值h比較，差值進行比例調(diào)節(jié)，之后內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié) 值與系統(tǒng)三角波比較生成占空比可調(diào)的PWM波形，驅(qū)動全橋逆變器中開關(guān)管的開通或關(guān)斷。
[0007] 所述的"輸出電感電流I。與電流給定值Ig的差值進行帶有電流前饋環(huán)節(jié)的PI調(diào)節(jié)， 實現(xiàn)輸出電流的閉環(huán)調(diào)節(jié)"，其具體實施步驟為：
[0008] (1)弧焊電源穩(wěn)定工作
[0009]帶電流前饋控制的電流外環(huán)，在弧焊電源穩(wěn)定工作時，前饋補償環(huán)節(jié)不起作用，輸 出電感電流I。與電流給定值Ig的差值只進行PI調(diào)節(jié)，其等式滿足
[0010]式中，Igl為輸出電流調(diào)節(jié)值，Ι?ΡΙ調(diào)節(jié)器后輸出值，^為變壓器原邊峰值電流 采樣值，If為輸出電流采樣值，N為變壓器匝數(shù)比；
[0011] (2)弧焊電源負載變化，輸出不穩(wěn)定
[0012] 帶電流前饋控制的電流外環(huán)，在弧焊電源穩(wěn)定負載變化時，前饋補償系數(shù)1(2>0， 前饋補償環(huán)節(jié)作用從而提高輸出電流的響應(yīng)速度，此時輸出電流調(diào)節(jié)值Igi的計算公式如 下：
[0013] Igi = IgK2+I/gi
[0014] 式中，Ig為輸出電流給定值，K2為前饋補償系數(shù)。
[0015] 前饋補償系數(shù)Κ2求取步驟為：
[0016] 1)當弧焊電源從開路開始工作時，占空比D由0迅速增大，不等式滿足Igl〈Ii，即
[0017] 2)弧焊電源短路瞬間時，占空比D迅速減小，而增加電流前饋環(huán)節(jié)IgK2有助于增大 Igl，此時不等式滿足Igl>Ii，即
[0018] 式中：ΚΡ為PI調(diào)節(jié)器的比例調(diào)節(jié)系數(shù)，K:為積分調(diào)節(jié)系數(shù)，T為采樣周期，Ifmax為短 路瞬間輸出電流采樣值。
[0019] 3)滿足步驟1)和2)不等式前提下，K2取不同值時，由系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定前饋 補償系數(shù)值Κ 2。
[0020] 本發(fā)明的控制方法，電流雙閉環(huán)分別為帶電流前饋控制的電流外環(huán)和實現(xiàn)主電路 電流調(diào)節(jié)的電流內(nèi)環(huán)，本發(fā)明考慮到弧焊逆變電源工作過程中對電流的要求，通過對電流 外環(huán)的ΡΙ調(diào)節(jié)進行優(yōu)化，加入前饋補償環(huán)節(jié)，當電弧負載變化時，帶有電流前饋環(huán)節(jié)的電流 外環(huán)控制能更快的適應(yīng)電弧負載的變化，提高輸出電流的響應(yīng)速度和對負載的適應(yīng)性。同 時通過主電路電流實時參與調(diào)節(jié)，避免了因主電路過電流對變壓器和功率器件的破壞。本 發(fā)明提供了一種弧焊逆變電源的電流雙閉環(huán)控制方法，在對電流速度和準確性要求較高的 弧焊逆變電源上有較大優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0021] 圖1是弧焊逆變電源的拓撲簡圖。
[0022] 圖2是帶前饋補償?shù)碾娏麟p閉環(huán)控制原理框圖。
[0023]圖3是Κ2取不同值時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。
[0024] 圖4是無前饋補償時輸出電流仿真波形。橫坐標表示仿真時間，縱坐標表示輸出電 流值。
[0025] 圖5是有前饋補償時輸出電流仿真波形。橫坐標表示仿真時間，縱坐標表示輸出電 流值。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利的【具體實施方式】進行描述。
[0027] 如圖1所示的弧焊逆變電源的拓撲見圖，主電路可看作DC-DC轉(zhuǎn)變過程，電流控制 系統(tǒng)主要有以下部分組成：電流采樣調(diào)理電路、電流控制模塊、電流驅(qū)動電路，電流雙閉環(huán) 分別為帶電流前饋控制的電流外環(huán)和實現(xiàn)主電路電流調(diào)節(jié)的電流內(nèi)環(huán)。本發(fā)明的弧焊逆變 電源遵照ZX7-400型標準，系統(tǒng)的主要參數(shù)如表1所示。
[0028]表1系統(tǒng)的主要參數(shù) 「00291
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