MATLAB等离子束焊接数字化电源控制系统研制(3)

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目前，国际上处于领先水平的微束等离子焊机产品是法国SAF公司生产的微束等离子弧焊系统，最小焊接电流为0.06A，脉冲频率达10KHz，可以焊接厚度0.1mm厚的板材。微束等离子弧焊于适合超薄超细壁工件的焊接，对于超薄壁工件，可采用微束脉冲等离子弧焊，降低焊接线能量，能有效的解决焊接变形大、焊缝成形不好的缺点。而当采用气焊、钎焊、非熔化极连续和脉冲电弧焊时，因其方法加热速度慢，热影响区宽，小电流电弧焊的电弧稳定性差，电弧长度对焊接参数有明显的影响，因此很难进行焊接,有些场合根本不可能进行焊接，常常出现废品，尤其是大批量生产中废品占的比例相当大。

此外，超薄超细还可选择激光焊、电子束焊等焊接方法，但激光焊、电子束焊成本较高，一般企业难以承担，不利于推广和大批量生产。微束等离子焊接具有拘束度高、能量密度高等特点，特别适合不锈钢的焊接。随着超细超薄结构件在航空航天、军事工业等领域得到广泛应用，其焊接过程数字化控制系统的研制得到越来越多的重视，研究等离子束焊接电源数字化控制系统在此领域的应用具有极大的价值。

1.2 等离子束焊国内外发展的状况

1.3 国内外数字化焊接电源的发展状况

1.4 数字化控制系统的概况

等离子焊接电源是焊接设备中的核心部分。焊接电源的设计及其控制是焊机研制的关键部分，焊接电源系统的全数字化控制也是研制全数字化焊接的基础。焊接数字化控制是焊接电源发展的必然方向，它使数字化焊机具有很好的系统灵活性，同一套硬件电路可以实现不同的焊接工艺控制，同时也体现在控制软件的在线升级功能上。数字化焊机的另一优点就是具有很强的稳定性，信号的处理或控制算法的实施通过软件的加/减、乘/除运算来完成，产品的一致性得到了很好的保证。焊机的数字化包含两个方面，一个是主电路的数字化，另一个是控制电路的数字化[17]。目前，数字化焊接电源的研究还处于起步阶段，有待于更深层次的的开发和研究，有着广泛的研究空间。近年来我国已引进不少国外同类产品，但由于价格原因很难推广，因此研制适合我国国情的等离子数字化焊接电源具有重大意义。

例如尤志春设计的多功能IGBT逆变焊接电源双机控制系统，系统中数字PWM控制单元采用复杂可编程逻辑器件（CPLD）完成，整个系统中所有的逻辑控制也由此芯片来完成，实现了多功能焊机的全数字化控制[18]。数字化焊接电源的核心是控制系统,数字化控制方法目前应用最为广泛的是PID控制系统。在数字化焊接电源中，相对模拟系统而言，数字系统具有设计周期短，易实现模块化管理，能够消除因离散元件引起的不稳定和电磁干扰等特点。因此，近年来数字化控制在开关电源中得到迅速的发展，各种在模拟电路中难以实现的现代控制方法也开始应用于开关电源的控制中，数字PID控制便在这样的背景下应运而生。

在工程实际中，PID调解器控制规律为比例，积分，微分控制。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠和调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构或参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以应用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。PID控制及其控制器产品已经在工程实际中得到了广泛的应用，各大公司已经开发了具有PID参数自整定功能的智能调解器，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或校正、自适应算法来实现的。