專利名稱：Tig焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及焊接電源控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及TIG焊接電源控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域, 具體是指一種TIG焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鎢極氬弧焊(Tungsten Inert Gas Welding ，簡(jiǎn)稱TIG焊)是焊接有色金屬及其合金，如鋁、 鎂及其合合金、不銹鋼等的理想方法，具有電弧穩(wěn)定、焊縫成形美觀等優(yōu)點(diǎn)。但是在現(xiàn)場(chǎng)施 焊過程中，由于工況不同，電弧受到各種因素的干擾，如電弧長(zhǎng)度的變化，工件的不平度， 保護(hù)氣體的純度、流量和供電電網(wǎng)的波動(dòng)等，都會(huì)使焊接電流電壓偏離穩(wěn)定工作點(diǎn)。如果焊 接電流、電壓能快速自動(dòng)地返回穩(wěn)定工作點(diǎn)，則電弧可以持續(xù)穩(wěn)定燃燒。由此可見，電源工 作的穩(wěn)定性和可靠性主要依靠控制系統(tǒng)，它是整個(gè)電源的核心。
國(guó)內(nèi)外的一些研究機(jī)構(gòu)(如北工大、華南理工、奧地利Fonius等)將模辨邏輯應(yīng)用于弧焊 電源控制系統(tǒng)中，主要是基于MCU;也有學(xué)者利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)6、高運(yùn)算速度，縮 短PI運(yùn)算時(shí)間、增加采樣點(diǎn)，提高控制精度。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種TIG焊接電源閉環(huán)模糊控 制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能較好控制TIG焊電流恒值、響應(yīng)快速而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。
為了實(shí)現(xiàn)上迷目的，本實(shí)用新型的TIG焊接電源閉環(huán)才莫糊控制系統(tǒng)具有如下構(gòu)成
該TIG焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，包括DSP控制單元、電流采樣單元、過 電流保護(hù)單元、過熱保護(hù)單元、過/欠電源保護(hù)單元和參數(shù)設(shè)置單元，所述電流采樣單元、所 述過電流保護(hù)單元、所述過熱保護(hù)單元、所述過/欠電源保護(hù)單元和所述參數(shù)設(shè)置單元分別與 所述DSP控制單元電連接。
較佳地，所述參數(shù)設(shè)置單元包括鍵盤、顯示器和與所述DSP控制單元電連接的驅(qū)動(dòng)芯片， 所迷驅(qū)動(dòng)芯片分別電連接所述鍵盤和所述顯示器用于驅(qū)動(dòng)所述鍵盤和所迷顯示器。
較佳地，所述DSP控制單元包括DSP芯片、時(shí)鐘電路、電源電路和復(fù)位電路，所述時(shí) 鐘電路、所述電源電路和所述復(fù)位電路分別與所述DSP芯片電連接，所述DSP芯片分別電連"l妄所述電流采樣單元、所述過電流保護(hù)單元、所述過熱保護(hù)單元、所述過/欠電源保護(hù)單元 和所述參數(shù)設(shè)置單元。
較佳地，所述DSP芯片是TMS320F240芯片。
較佳地，所述電流采樣單元采用霍爾電流傳感器。
采用本實(shí)用新型，由于本實(shí)用新型將DSP和模糊控制的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，利用DSP芯 片豐富的片內(nèi)外設(shè)，減少了外圍器件，獨(dú)特內(nèi)核結(jié)構(gòu)更利于模糊控制算法的運(yùn)算，結(jié)合模糊 控制，對(duì)TIG焊接電流有良好的控制效果，響應(yīng)快速。


圖1是本實(shí)用新型的一具體實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本實(shí)用新型的離散;f莫糊控制的工作原理示意圖。 圖3是本實(shí)用新型的模糊控制軟件流程示意圖。 圖4是本實(shí)用新型的模糊控制對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)圖。
具體實(shí)施方式
為了能夠更清楚地理解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明。
請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型的TIG焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)，包括DSP控制單元、 電流采樣單元、過電流保護(hù)單元、過熱保護(hù)單元、過/欠電源保護(hù)單元和參數(shù)設(shè)置單元，所述 電流采樣單元、所述過電流保護(hù)單元、所述過熱保護(hù)單元、所述過/欠電源保護(hù)單元和所述參 數(shù)設(shè)置單元分別與所迷DSP控制單元電連接。
較佳地，所迷參數(shù)設(shè)置單元包括鍵盤、顯示器和與所述DSP控制單元電連接的驅(qū)動(dòng)芯片， 所述驅(qū)動(dòng)芯片分別電連接所述鍵盤和所述顯示器用于驅(qū)動(dòng)所述鍵盤和所述顯示器。
在本實(shí)用新型的一具體實(shí)施例中，所述DSP控制單元包括DSP芯片、時(shí)鐘電路、電源 電路和復(fù)位電路，所述時(shí)鐘電路、所述電源電路和所述復(fù)位電路分別與所述DSP芯片電連接， 所述DSP芯片分別電連接所述電流采樣單元、所述過電流保護(hù)單元、所述過熱保護(hù)單元、所 述過/欠電源保護(hù)單元和所述參數(shù)設(shè)置單元。
在本實(shí)用新型的一具體實(shí)施例中，所述DSP芯片是TMS320F240芯片。在本實(shí)用新型的 一具體實(shí)施例中，所述電流采樣單元采用霍爾電流傳感器。
本實(shí)用新型的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)TIG焊接工藝要求的恒電流外特性。釆用脈寬調(diào)制型 控制方法(PWM),即電弧電流經(jīng)霍爾電流傳感器纟全測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓信號(hào)，經(jīng)濾波限幅 后進(jìn)入DSP的A/D轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換為數(shù)字離散值If, CPU比較If和預(yù)置焊接電流變量Ig,得到和偏差變化率ec。 DSP根據(jù)e和ec運(yùn)行模糊控制算法程序，求出為消除e所需的控制 信號(hào)u,并傳遞給DSP內(nèi)置的PWM模塊，直接控制DSP輸出的PWM脈寬。經(jīng)分頻電路后 輸出兩路互不重桑的脈沖信號(hào)，這兩路脈沖信號(hào)經(jīng)過IGBT專用馭動(dòng)芯片M57959L功率放大 后，分別馭動(dòng)兩組IGBT開關(guān)管，使其交替導(dǎo)通來改變輸出電壓的占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出 電流的控制。
模糊控制是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要完成輸入量的模糊化、模糊關(guān)系運(yùn)算、模糊決策以及 決策結(jié)果的解模糊處理(精確化)等重要過程，由軟件編程來實(shí)現(xiàn)。由MATLAB7.0輔助設(shè)計(jì)， 采用典型的兩輸入單輸出的模糊控制，其結(jié)構(gòu)見圖2。
本實(shí)用新型的模糊控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)是基于查表法的思想，其基本原理是把MATLAB 輔助生成的離散模糊控制表固化到DSP的FLASH程序存儲(chǔ)器中，當(dāng)控制器工作時(shí)，只需直 接根據(jù)采樣得到的偏差和偏差變化率的量化值找出當(dāng)前時(shí)刻的控制輸出量化值，然后將此量 化值乘以比例因子，得到最終的輸出控制量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算時(shí)間較短，系統(tǒng)響應(yīng)速 度快。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可分四個(gè)部分焊前準(zhǔn)備、高頻引弧、焊接階段控制、熄弧控制。焊接 階段控制主要是模糊控制，其程序流程如圖3所示。為了加快控制過程，縮短過渡時(shí)間，在 程序中分兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行，當(dāng)電流偏差大于3A時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入加速控制過程，讓信號(hào)迅速逼近 給定值；當(dāng)偏差小于等于3A時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入模糊控制環(huán)節(jié)，根據(jù)偏差和偏差變化率，量化后 查詢模糊離線總控制表，取出控制量的增量，然后進(jìn)行控制。
在仿真分析中，模糊控制子程序直接影響馭動(dòng)IGBT的脈沖波形，所以在未仿真調(diào)試好 參數(shù)的情況下直接聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)是不安全的，可能損壞IGBT。模糊控制系統(tǒng)對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)如 圖4所示。從圖中可以看出，弧長(zhǎng)的電阻值從0.15Q變到O.IQ，電流變化響應(yīng)在12ms內(nèi)達(dá) 到穩(wěn)態(tài)，無超調(diào)和振蕩。
本實(shí)用新型的有益效果主要如下(l)電源采用TMS320F240為核心，它具有豐富的片內(nèi) 外設(shè)，減少了外圍器件，獨(dú)特內(nèi)核結(jié)構(gòu)更利于模糊控制算法的運(yùn)算；(2)從仿真結(jié)果可以看出， 所設(shè)計(jì)的模糊控制系統(tǒng)對(duì)TIG焊接電流有良好的控制效果，使電流很快回到穩(wěn)定工作點(diǎn)，而 且比較平滑；(3)應(yīng)用MATLAB的Fuzzy工具箱生成離散模糊控制表固化DSP的flash中，減 少了運(yùn)算難度，提高計(jì)算速度。
綜上，本實(shí)用新型的TIG焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)能較好控制TIG焊電流恒值、響應(yīng) 快速而結(jié)構(gòu)筒潔。
在此說明書中，本實(shí)用新型已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出 各種修改和變換而不背離本實(shí)用新型的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性 的而非限制性的。
權(quán)利要求1.一種TIG焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，包括DSP控制單元、電流采樣單元、過電流保護(hù)單元、過熱保護(hù)單元、過/欠電源保護(hù)單元和參數(shù)設(shè)置單元，所述電流采樣單元、所述過電流保護(hù)單元、所述過熱保護(hù)單元、所述過/欠電源保護(hù)單元和所述參數(shù)設(shè)置單元分別與所述DSP控制單元電連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的TIG焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)設(shè)置單元 包括鍵盤、顯示器和與所述DSP控制單元電連接的驅(qū)動(dòng)芯片，所述驅(qū)動(dòng)芯片分別電連接 所述鍵盤和所述顯示器用于驅(qū)動(dòng)所述鍵盤和所述顯示器。
3. 如權(quán)利要求1所述的TIG焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP控制單元 包括DSP芯片、時(shí)鐘電路、電源電路和復(fù)位電路，所述時(shí)鐘電路、所述電源電路和所述 復(fù)位電路分別與所述DSP芯片電連接，所述DSP芯片分別電連接所述電流采樣單元、 所述過電流保護(hù)單元、所述過熱保護(hù)單元、所述過/欠電源保護(hù)單元和所述參數(shù)設(shè)置單元。
4. 如權(quán)利要求3所迷的TIG焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP芯片是 TMS320F240芯片。
5. 如權(quán)利要求1所述的TIG焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流采樣單元 采用霍爾電流傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種TIG焊接電源閉環(huán)模糊控制系統(tǒng)，包括DSP控制單元、電流采樣單元、過電流保護(hù)單元、過熱保護(hù)單元、過/欠電源保護(hù)單元和參數(shù)設(shè)置單元，DSP控制單元包括DSP芯片、時(shí)鐘電路、電源電路和復(fù)位電路，時(shí)鐘電路、電源電路和復(fù)位電路分別與DSP芯片電連接，DSP芯片分別電連接電流采樣單元、過電流保護(hù)單元、過熱保護(hù)單元、過/欠電源保護(hù)單元和參數(shù)設(shè)置單元，參數(shù)設(shè)置單元包括鍵盤、顯示器和與DSP芯片電連接的驅(qū)動(dòng)芯片，所述驅(qū)動(dòng)芯片分別電連接所述鍵盤和所述顯示器用于驅(qū)動(dòng)所述鍵盤和所述顯示器，本實(shí)用新型能較好控制TIG焊電流恒值、響應(yīng)快速而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。
文檔編號(hào)G05F1/02GK201353676SQ200820155620
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者舒振宇 申請(qǐng)人:上海滬工電焊機(jī)制造有限公司