MATLAB等离子束焊接数字化电源控制系统研制(2)

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3.1.2.1 PWM电平转换电路 13

3.1.2.2 AD采样信号的滤波处理电路设计 14

3.1.2.3 保护电路 14

3.1.2.4 通信接口电路 15

3.1.2.5 外部时序控制接口电路 16

3.2 等离子束焊接数字化控制系统软件设计 17

3.2.1 等离子束焊接过程时序控制研制 17

3.2.2 等离子束焊接数字化PID恒流控制系统设计 18

3.2.2.1 PID控制的理论基础 19

3.2.2.2 积分分离PID控制算法 22

3.2.2.3 变速积分PID控制算法 23

3.2.2.4 抗积分饱和PID控制算法 24

3.2.3 等离子束焊接数字化PID恒流控制系统的设计与仿真 25

3.2.3.1 比例、积分、微分系数的确定 26

3.2.3.2 积分分离PID控制算法仿真实例 28

3.2.3.3 变速积分PID控制算法仿真实例 29

3.2.3.4 抗积分饱和PID控制算法仿真实例 32

总结 34

致谢 36

参考文献 37

1 绪论

1.1 研究背景

由于现代科学技术的迅猛发展，机械工业、电子工业、航空航天工业部门要求其尖端产品向高精度、高速度、小型化的方向发展。为了适应这些要求，各种新结构、新材料和复杂形状的工件大量出现，进而对焊接工艺提出了一系列严峻的要求。传统的焊接工艺如手工焊、气焊等焊接手段越来越难以满足所有要求，因此，高能束流焊接得到迅速的发展和广泛的应用。高能束流焊接是指以激光束、电子束、等离子束为热源，对金属、非金属材料进行焊接的精细加工工艺，在日趋小型化、精密化的零件、设备的制造过程中，得到了越来越多的应用[1]。以上三种高能束流焊接技术中，激光束和电子束焊接设备费用昂贵，操作复杂，大多集中在航空、航天等高科技领域；相比之下，等离子弧焊具有设备简单、成本低、效率高的优点[2][3]，应用范围较为广泛[4]。其中之一的等离子束焊接技术，在精密焊接领域受到越来越多的重视与应用。论文网

等离子束焊接就是焊接电流在30A以下的等离子弧焊接。微束等离子弧焊是在机械压缩、热压缩及磁收缩3个效应作用下形成的等离子弧焊。微束等离子弧焊具有弧柱温度高、热量集中、焊接效率高、工件变形小等优点而得到广泛应用。随着焊接设备的自动化和数字化要求的提高，就迫切需要高灵活性、稳定性的控制系统。因此，在国内外对数字化控制系统的研制已成为数字化焊接设备研发的重点之一[5][6]。

因为数字化焊机出现的比较晚，例如，Fronius是在1998年才开始进行数字化焊机的生产，因此到目前为止还没有形成数字化焊机的统一，得到各个方面认同的定义。数字化焊机应当是指这样的一些焊机，它们主要的控制电路由传统的模拟技术直接被数字化技术所替代，在控制电路中的控制信号也随之由模拟信号过渡到0/1编码的数字信号。得益于大规模集成电路技术的发展，尤其是现代计算机技术和数字信号处理技术的发展，微控制器、PLC/DSP等数字化芯片被大量地应用[7][8],PID等控制系统也随之广泛应用在焊接过程控制中，以完成焊接设备管理、波形给定、稳定电流等功能，可以说计算机技术的应用给焊接设备的发展带来了性的变化。