基于DSP的一体化双丝脉冲MIG焊数字波控研究

为改善双丝脉冲MIG焊的协同控制,在基于单一DSP芯片TMS320LF2407A控制下的一体化双丝脉冲MIG焊接系统的基础上,利用DSP内部集成的脉宽调制模块,以软件方式实现了主、从机两台逆变电源PWM信号的直接数字化控制,从而实现主、从机的高频逆变和低频脉冲波形调制,最终实现双丝脉冲MIG焊的波形控制.针对双丝脉冲MIG焊熔滴过渡过程的控制,通过改变焊接参数进行工艺试验.试验结果表明,基于DSP的一体化双丝脉冲MIC焊协同控制系统性能稳定,能有效实现两台弧焊逆变电源之间的协同控制,焊接性能好,稳定可靠.     

基于DSP的CAN总线通信及其在双丝脉冲MIG焊中的应用

针对现场总线的实时性要求,提出了一种基于DSP芯片TMS320LF2407A的CAN总线通信控制方案,介绍了其基本工作原理、典型收发电路系统和通信实例.将该系统作为搭建双丝脉冲MIG焊焊接系统协同控制的通信平台,从而使得两个焊接电源电流输出为脉冲模式,且相位交替相差180°,实现了双丝脉冲MIG焊在焊接过程中的协同控制.     

双丝脉冲MIG焊的双脉冲焊接方法

为优化双丝脉冲MIG焊的焊缝成形质量,提出双丝脉冲MIG焊的双脉冲焊接方法,构建基于DSP的双丝脉冲MIG焊的双脉冲数字化交替相位协同控制系统,对双丝脉冲MIG焊的单脉冲和双脉冲焊接进行平板堆焊试验.结果表明,双丝脉冲MIG焊双脉冲焊接系统实现了稳定的双脉冲焊接过程,焊缝成形良好.对单脉冲和双脉冲焊接所得焊缝的横截面宏观金相对比分析结果表明,双脉冲对焊接熔池有很强的搅拌作用,双脉冲焊接所得焊缝晶粒比单脉冲焊缝晶粒更小,说明双脉冲具有细化晶粒的效果,证明在双丝脉冲MIG焊中应用双脉冲有一定的优化作用.     

激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊系统及工艺开发

为了对激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊工艺及理论进行研究,构建了激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊系统,双电弧的电源各自独立,电源的脉冲控制方式为推挽式.利用该系统进行焊接工艺试验,在焊接过程中,同步采集双路焊接电流、电弧电压信号,并进行高速摄像.结果表明,所构建的激光+双丝脉冲MIG/MAG复合焊系统能够进行稳定焊接,焊缝成形美观,且加入激光后,激光对电压的影响较明显,电压信号的稳定性增强.     

基于DSP的一体化双丝脉冲MIG焊机软件设计

双丝焊具有单丝焊无法比拟的优势,焊接效率高,热输入小,能够满足大电流焊接的需要,但其技术复杂,在国内的研究才刚起步。基于DSP芯片TMS320F2808设计了双丝脉冲MIG焊接核心控制系统,实现了双丝的协同工作,采用增量式数字PI算法实现对焊接电流的控制。对双丝电源进行了硬件调试、软件调试和整机联调,调试结果表明电源的静态特性和动态特性良好,满足双丝系统要求。针对8mm厚的45号钢进行了双丝脉冲MIG焊的双丝脉冲不同相位对比实验。在两路脉冲试验参数匹配合适的情况下,进行了若干组试验,焊接效果良好。     

软开关逆变式双丝高速脉冲焊电源

将软开关技术、脉冲焊技术和总线通信技术等有机结合,研制了协同控制的Tandem型双丝脉冲MAG焊电源。脉冲焊接电源主电路采用饱和电感并充分利用励磁能量拓宽软开关范围,针对双丝脉冲焊电弧形态、熔滴过渡及电源外特性和动特性的要求,提出了基于电流峰值模式的双闭环恒电流和恒电压控制模式,并进行了分析与设计;利用SOC单片机C8051F020和RS485总线通信技术实现了双丝脉冲焊的数字化协同控制,解决了双丝高速焊两路输出脉冲同步、反相与随机输出形式的协同控制。试验表明,电源性能满足设计要求,高速焊接过程稳定、焊缝成形好、飞溅小、变形小。     

新型双脉冲MIG焊接电源

为提升双脉冲MIG焊接设备的整体性能,研制了一台基于全碳化硅功率器件的双脉冲MIG逆变焊接电源,逆变频率可达100 kHz,有利于实现电弧的精细化控制.以STM32F405RGT6为控制核心,搭建了逆变焊机的控制系统硬件电路,其由主控制电路、数字面板以及送丝控制电路等构成.根据双脉冲MIG焊的任务需求设计了相应的控制软件,采用增量式PID算法控制输出量,通过单脉冲输出+脉动送丝控制,实现双脉冲焊接.结果表明,所研制的逆变焊接电源具有快速的动态响应,能有效配合脉动送丝进行焊接,焊缝鱼鳞纹清晰,无明显缺陷.     

CAN总线在弧焊电源协同控制中的应用

双丝双弧共熔池MIG焊系统中两个电弧之间的电磁干扰会引起焊接过程非常不稳定.解决方法是,两个弧焊电源提供给.两个电弧的电流为脉冲模式,且电源之间必须协同控制以使两个电弧的脉冲的相位相差180°.CAN总线是弧焊电源之间以及所有焊接设备之间的通信载体.提出了基于CAN总线的双丝双弧共熔池焊接系统的设计方案,介绍了通用的CAN接口电路,描述了电源之间协同控制的机理,最后介绍了触发信号的帧格式、优先级和传输时间.     

双丝间距对激光-双电弧复合焊接过程稳定性的影响

采用多信息融合技术对激光-双电弧脉冲复合焊在不同双丝间距下的电流信号、电压信号、高速摄像信号进行同步采集,研究双丝间距对焊接过程的电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形的影响,并依据混沌理论和算法,从非线性角度对激光-双丝脉冲MIG焊接过程的电流信号进行了最大Lyapunov指数(LE)计算.结果表明,激光-双丝脉冲MIG焊接过程是一个混沌过程,由于激光光致等离子体和电弧等离子体的相互作用改变电弧的形态和熔滴受力状态,进而影响焊缝成形,在一定的焊接工艺参数下存在最佳双丝间距,在最佳双丝间距下,电弧稳定,焊缝成形良好,且此时最大LE值及其标准方差最小.     

光谱控制的逆变脉冲MIG焊电源及控制系统

根据脉冲MIG焊熔滴过渡光谱控制法的特点,首次研制了一台符合该控制器法要求的逆变式脉冲MIG焊电源及其控制系统。该电源采用IGBT双单端正激式逆变电路,控制系统以具有较强数据处理能力的8098单片机为控制核心并与焊接电流的PWM控制相结合,控制信号是采自反映熔滴过渡的电弧光谱信号。试验证明,所设计的电源和控制系统具有迅速采集和处理光谱信号、切换迅速、电源动特性好、参数在线调节方便等优点,实现了1峰0基的熔滴过渡的控制目标,为脉冲MIG焊光谱控制法的焊接试验研究奠定了坚实的基础。     

Digital control system for pulsed MIG welding power based on STM32

Digital control system for pulsed MIG welding power based on STM32 is set up with 32-bit STM32F103ZET6 directing against the pulse waveform modulation of pulsed MIG welding. High-frequency inverter and medium-low frequency pulse waveform modulation of pulsed MIG welding are realized by using the integrated PWM module within STM32 to generate PWM signals of phase-shifted full-bridge soft-switching and constant-current control of output current is achieved by means of anti-windup PI control algorithm to improve the stability and reliability of control system. Experimental results demonstrate that the designed digital control system based on STM32 can achieve perfect pulsed MIG welding technique with stable welding process and good weld appearance, fully demonstrating the advantages of digital control based on STM32.     

Inverter power supply system for high-power twin-wire pulsed GMAW

A type of novel inverter power supply system for high-power twin-wire pulsed gas metal arc welding (GMAW) is presented mainly for dealing with the disadvantages of the conventional power supply for twin-wire pulsed GMAW of which the output power is generally difficult to increase due to limitations of the power of semiconductors and the power density of magnetic devices.In the power supplies for the master and slave arcs,the digital signal processor (DSP) TMS320F28335 is used to form the DSP-based synergic control system for parallel high-power pulsed GMA W,which achieves high-power output of two parallel inverters controlled by a single DSP;master-slave communication is achieved by using e controller area network (eCAN)module of DSP,thus realizing anti-phase pulse output of high-power twin-wire pulsed GMA W and reducing the interference between twin arcs.The experiment results demonstrate that the designed inverter power supply system for high-power twin-wire pulsed GMAW can bring about high-power efficiency of welding,stable welding process and proper formation of welds.     

Study on twin-wire pulsed MIG welding power supply based on DSP and CAN

A design proposal for twin-wire pulsed MIG welding power supply based on DSP (digital signal processor)and CAN (controller area network ) is put forward.By use of the CAN bus,the synergic control between the master and slave power supplies can be realized.And in this way,their peak currents can be guaranteed to be alternative and the interference between the two arcs can be decreased efficiently.The hardware design,software design and relative tests are provided in this paper.Tests show that the power supply can meet the design requirements of twin-wire welding.     

交流逆变电阻缝焊电源的研制

针对传统工频交流缝焊电源存在的热效率低、过零时间长、容易发生热影响等问题,研制了一台微型交流逆变缝焊电源.该电源以32位微型控制器（ARM）芯片STM32F103RCT6为核心,通过STM32内部的脉冲调制模块生成逆变器开关信号,配合采样系统并利用PI算法实现对电源输出的精准控制.文中主要介绍了交流逆变缝焊电源的主电路结构、逆变器控制方式以及控制系统软硬件设计.结果表明,该交流逆变电阻缝焊电源设计合理,输出动态响应速度快,频率可调,稳定性好,恒流控制效果佳,适合微型件精密缝焊.     

脉冲变极性弧焊逆变电源数字化控制系统

在采用数字信号处理器(DSP)DSP56F805构建基于双DSP的脉冲变极性弧焊逆变电源全数字化控制系统的基础上,针对数字化脉宽调制(PWM)控制脉冲存在的脉冲宽度保持和延迟对电源输出动态响应和稳态精度等控制性能的影响,提出了基于电源输出电感电阻(LR)负载模型的电流预估计算法,进而对简单数字比例积分微分(PID)控制算法进行了修正.同时,系统通过对电流/电压检测信号的预处理、A/D采样与PWM同步、数字滤波等措施有效地提高了系统的抗干扰性能.脉冲变极性输出特性控制试验验证了基于电流预估计的数字PID控制算法的正确性和有效性.     

基于SiC模块的脉冲变极性焊接电源研制

SiC功率器件具备开关速度快、开关损耗低、导通损耗小等优点,有利于进一步提升焊接电源的逆变频率、响应速度,实现电弧能量的精密化控制. 设计了一套脉冲变极性逆变焊接电源,主电路采用双逆变结构,前级高频逆变电路采用SiC模块,后级低频调制逆变电路采用绝缘栅双极型晶体管 IGBT模块;设计了SiC模块驱动电路,实现了快速短路保护及米勒钳位;设计了基于ARM的全数字化控制系统,实现了PWM (pulse width modulation)以及输出电流波形的数字化控制.研制的脉冲变极性焊接电源逆变频率达到100 kHz,额定输出电流为500 A,可实现规整的脉冲变极性波形输出.结果表明,研制的基于SiC模块的脉冲变极性焊接电源能够实现稳定的焊接流程,可通过波形参数的调整有效控制焊接热输入量,获得良好的镁合金焊缝成形.