TIG焊接电源闭环模糊控制方法技术

本发明专利技术涉及一种ＴＩＧ焊接电源闭环模糊控制方法，包括步骤：１）电弧电流经电流采样单元检测转变为相应的电压信号，经滤波限幅后进入ＤＳＰ的Ａ／Ｄ转换通道转换为数字离散值Ｉ↓［ｆ］，ＣＰＵ比较Ｉ↓［ｆ］和预置焊接电流变量Ｉ↓［ｇ］，得到偏差ｅ和偏差变化率ｅｃ；２）ＤＳＰ根据ｅ和ｅｃ运行模糊控制算法程序，求出消除ｅ所需的控制信号ｕ，并传递给ＰＷＭ模块，直接控制ＰＷＭ脉宽，经分频电路后输出两路互不重叠的脉冲信号，经ＩＧＢＴ专用驭动芯片功率放大后，分别驭动两组ＩＧＢＴ开关管，使其交替导通来改变输出电压的占空比，从而实现对电流的控制，其中模糊控制算法程序包括输入量的模糊化、模糊关系运算、模糊决策以及决策结果的精确化，本发明专利技术能较好控制ＴＩＧ焊电流恒值、响应快速。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊接电源控制方法
，特别涉及TIG焊接电源控制方法
， 具体是指一种TIG焊接电源闭环模糊控制方法。
技术介绍
鴒极氩弧焊(Tungsten Inert Gas Welding,简称TIG焊)是焊接有色金属及其合金，如铝、 镁及其合合金、不锈钢等的理想方法，具有电弧稳定、焊缝成形美观等优点。但是在现场施 焊过程中，由于工况不同，电弧受到各种因素的干扰，如电弧长度的变化，工件的不平度， 保护气体的纯度、流量和供电电网的波动等，都会使焊接电流电压偏离稳定工作点。如果焊 接电流、电压能快速自动地返回稳定工作点，则电弧可以持续稳定燃烧。由此可见，电源工 作的稳定性和可靠性主要依靠控制系统，它是整个电源的核心。国内外的一些研究机构(如北工大、华南理工、奥地利Fonius等)将模糊逻辑应用于弧焊 电源控制系统中，主要是基于MCU;也有学者利用数字信号处理器(DSP)的高运算速度，缩 短PI运算时间、增加釆样点，提高控制精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种TIG焊接电源闭环模糊控制方法，该控制方法能较好控制 TIG焊电流恒值、响应快速。为了达到上述的目的，本专利技术提供一种TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其包括步骤1 )电弧电流经电流采样单元检测转变为相应的电压信号，经滤波限幅后进入DSP的A/D 转换通道转换为数字离散值If, CPU比较If和预置焊接电流变量Ig,得到偏差e和偏差变化 率ec;2 ) DSP根据e和ec运行模糊控制算法程序，求出为消除e所需的控制信号u,并传递给 DSP内置的PWM模块，直接控制DSP输出的PWM脉宽，从而控制输出电流。较佳地，所述电流采样单元采用霍尔电流传感器，所述电弧电流通过所述霍尔电流传感 器检测获得。较佳地，所述DSP是TMS320F240芯片。较佳地，所述PWM脉宽经分频电路后输出两路互不重叠的脉冲信号，这两路脉冲信号 经过IGBT专用驭动芯片功率放大后，分别驭动两组IGBT开关管，使其交替导通来改变输 出电压的占空比，从而实现对输出电流的控制。较佳地，所述模糊控制算法程序把包括输入量的模糊化、模糊关系运算、模糊决策以及 决策结果的精确化。采用了本专利技术的TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其将DSP和模糊控制的优点结合在一 起，利用DSP芯片丰富的片内外设，减少了外围器件，独特内核结构更利于模糊控制算法的 运算，结合模糊控制，对TIG焊接电流有良好的控制效果，响应快速。附图说明图1是本专利技术的一具体实施例的基本结构示意图。 图2是本专利技术的离散模糊控制的工作原理示意图。 图3是本专利技术的模糊控制软件流程示意图。 图4是本专利技术的模糊控制对阶跃信号的响应图。具体实施例方式以下将对本专利技术的TIG焊接电源闭环模糊控制方法作进一步详细描迷。 请参阅图3所示，本专利技术的TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其包括步骤 1 )电弧电流经电流采样单元检测转变为相应的电压信号，经滤波限幅后进入DSP的A/D 转换通道转换为数字离散值If， CPU比较If和预置焊接电流变量Ig，得到偏差e和偏差变化 率ec; 2 ) DSP根据e和ec运行模糊控制算法程序，求出为消除e所需的控制信号u,并传 递给DSP内置的PWM模块，直接控制DSP输出的PWM脉宽，从而控制输出电流。在本专利技术的一具体实施例中，所述电流采样单元采用霍尔电流传感器，所述电弧电流通 过所述霍尔电流传感器检测获得。在本专利技术的一具体实施例中，所述DSP是TMS320F240芯片。在本专利技术的一具体实施例中，所述PWM脉宽经分频电if各后输出两路互不重叠的脉冲信 号，这两路脉冲信号经过IGBT专用驭动芯片功率放大后，分别驭动两组IGBT开关管，使 其交替导通来改变输出电压的占空比，从而实现对输出电流的控制。在本专利技术的 一具体实施例中，所述模糊控制算法程序把包括输入量的模糊化、模糊关系 运算、模糊决策以及决策结果的精确化。请参阅图1所示，适于本专利技术的TIG焊接电源闭环模糊控制系统，包括DSP控制单元、电流采样单元、过电流保护单元、过热保护单元、过/欠电源保护单元和参数设置单元，参数 设置单元包括键盘、显示器和驱动芯片，驱动芯片分别电连接键盘和显示器用于驱动键盘和 显示器。DSP控制单元包括DSP芯片、时钟电路、电源电路和复位电路，时钟电路、电源 电路和复位电路分别与DSP芯片电连接，DSP芯片分别电连接电流采样单元、过电流保护 单元、过热保护单元、过/欠电源保护单元和驱动芯片。较佳地，所述DSP芯片是TMS320F240 芯片。较佳地，所述电流采样单元采用霍尔电流传感器。模糊控制是整个系统的核心，主要完成输入量的模糊化、模糊关系运算、模糊决策以及 决策结果的解模糊处理(精确化)等重要过程，由软件编程来实现。由MATLAB7.0辅助设计， 采用典型的两输入单输出的模糊控制，其结构见图2。程序流程如图3所示。为了加快控制 过程，缩短过渡时间，在程序中分两个环节进行，当电流偏差大于3A时，系统进入加速控 制过程，让信号迅速逼近给定值；当偏差小于等于3A时，系统进入模糊控制环节，根据偏 差和偏差变化率，量化后查询模糊离线总控制表，取出控制量的增量，然后进行控制。在仿真分析中，模糊控制子程序直接影响驭动IGBT的脉冲波形，所以在未仿真调试好 参数的情况下直接联机实验是不安全的，可能损坏IGBT。模糊控制系统对阶跃信号的响应如 图4所示。从图中可以看出，弧长的电阻值从0.15Q变到0.1Q,电流变化响应在12ms内达 到稳态，无超调和振荡。本专利技术的有益效果主要有(1)采用TMS320F240为核心，它具有丰富的片内外设，减 少了外围器件，独特内核结构更利于模糊控制算法的运算。(2)从仿真结果可以看出，所设 计的模糊控制系统对TIG焊接电流有良好的控制效果，使电流很快回到稳定工作点，而且比 较平滑。(3)应用MATLAB的Fuzzy工具箱生成离散模糊控制表固化DSP的flash中，减少 了运算难度，提高计算速度。因此，本专利技术将DSP和模糊控制的优点结合在一起，利用DSP芯片丰富的片内外设， 减少了外围器件，独特内核结构更利于模糊控制算法的运算，结合模糊控制，对TIG焊接电 流有良好的控制效果，响应快速。综上，本专利技术的TIG焊接电源闭环模糊控制方法能较好控制TIG焊电流恒值、响应快速。在此说明书中，本专利技术已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种 修改和变换而不背离本专利技术的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限 制性的。权利要求1.一种TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其特征在于，包括步骤1)电弧电流经电流采样单元检测转变为相应的电压信号，经滤波限幅后进入DSP的A/D转换通道转换为数字离散值If，CPU比较If和预置焊接电流变量Ig，得到偏差e和偏差变化率ec；2)DSP根据e和ec运行模糊控制算法程序，求出为消除e所需的控制信号u，并传递给DSP内置的PWM模块，直接控制DSP输出的PWM脉宽，从而控制输出电流。2. 如权利要求1所述的TIG焊接电源闭环模糊控制方法，其特征在于，所述电流采样单元 采用霍尔电流传感器，所述电弧电流通过所述霍尔电流传感器检测获得。3. 如权利要求1所述的TIG焊接电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＴＩＧ焊接电源闭环模糊控制方法，其特征在于，包括步骤：　１）电弧电流经电流采样单元检测转变为相应的电压信号，经滤波限幅后进入ＤＳＰ的Ａ／Ｄ转换通道转换为数字离散值Ｉ↓［ｆ］，ＣＰＵ比较Ｉ↓［ｆ］和预置焊接电流变量Ｉ↓［ｇ］，得到偏 差ｅ和偏差变化率ｅｃ；　２）ＤＳＰ根据ｅ和ｅｃ运行模糊控制算法程序，求出为消除ｅ所需的控制信号ｕ，并传递给ＤＳＰ内置的ＰＷＭ模块，直接控制ＤＳＰ输出的ＰＷＭ脉宽，从而控制输出电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：舒振宇，
申请(专利权)人：上海沪工电焊机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]