一种采样全数字化电流型PID控制电路制造技术

本实用新型专利技术提供了一种采样全数字化电流型PID控制电路，通过编码器和电流采样单元获取一固定给定信号和开关变压器原边电流采样反馈信号给电流型PWM控制芯片进行PID控制运算，得到占空比脉宽信号，并根据该占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理，实现对焊机实际输出的控制。这样，本控制方法通过对检测回来的数据处理，不同的误差范围采用不同的PD控制，并通过分离积分，让电源快速更随和响应，让焊接过程可控，仰止短路时的冲击电流，工作性能稳定、可靠；而且有效简化了PWM的硬件电路，降低成本，动态响应极快，提高了焊机的控制响应速度和焊接性能，工作更可靠，解决IGBT开通时电流尖峰较高的问题。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于维弧控制
，尤其涉及一种采样全数字化电流型PID控制电路。
技术介绍
目前，我国少数焊接设备厂商也有数字化焊接电源推出，但大多数都只是将单片机技术用于人机界面，根本谈不上数字化控制，能将MUC和DSP数字处理技术用于弧焊过程控制的可谓凤毛麟角，而且缺少真正的焊接工艺专家系统、焊接过程数据采集分析、焊接模型建立和算法理论支撑，技术水平尚处于低级状态。未来我国焊接行业将逐步与国际接轨，朝着逆变化、自动化、专业化、数字化方向发展，进一步适应焊接应用需求。电流型控制的逆变焊机最早传入我国，其后发展较慢，主要是技术上的难点不少。目前例如奥太、易特流、无夕小焊机都是电流型控制的，但是全是采用模拟电路来实现的。早些年，无夕有一品牌叫“火力神”是“单端电流型单环控制的弧焊机”，其原理是SG3525的8脚软起动后，脉冲开启，单端双管电路工作，输出电感产生斜坡电流，一次侧电流互感器比例斜坡电流，形成Ui，Ue是直流调正电压，Ui>Ue时比较器反转，拉低SG3525的9脚，脉冲关闭，形成脉宽调正；另外还有一种电流型控制是使用UC3846、UC3842电流型PWM控制-H-* I I心/T O
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本技术提供了一种使电源快速响应，焊接过程可控性强，可仰止短路时的冲击电流，工作性能稳定、可靠的采样全数字化电流型PID控制方法，以及PWM的硬件电路简化，成本降低，可提高焊机的控制响应速度和焊接性能，工作更可靠，同时解决IGBT开通时电流尖峰较高的问题的控制电路。本技术解决现有技术问题所采用的技术方案为提供了一种采样全数字化电流型PID控制电路，包括有一用于获取固定给定信号的编码器和一用于获取电流采样反馈信号的电流采样单元，以及一用于将固定给定信号和电流采样反馈信号进行PID控制运算，得到占空比脉宽信号，并根据该占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理，实现对焊机实际输出的控制的PID控制单元。进一步地，所述电流采样单元包括有一用于对采样得到的尖峰电压进行吸收的TVS管，一用于对开关变压器原边电流信号进行采样的电流互感器，一用于对采样的电流信号进行全桥整流的全桥整流器，以及一用于对全桥整流后的电流信号进行取样并得到方波信号的取样电阻，且所述TVS管、电流互感器、全桥整流器和取样电阻依次导通连接。进一步地，所述PID控制单元为一单片机，包括有依次导通连接的PID控制算法器、PWM控制寄存器和PWM输出端口。进一步地，所述PID控制单元为型号为STM32F100C8T6单片机。进一步地，本控制电路还包括有放大电路，所述放大电路的输入端和输出端分别与所述PWM输出端口和电焊机的驱动变压器导通连接。本技术通过上述技术方案，控制电路有效简化了 PWM的硬件电路，降低了硬件的成本，而且动态响应极快，从而提高焊机的控制响应速度和焊接性能，工作更可靠，同时避免了电流检测锁存和PWM电路误动作的出现，解决IGBT开通时电流尖峰较高的问题；也避免了 “单端电流型单环控制的弧焊机”因单端电路半周期性工作，电流冲击过大，漏感及分布电感都激发出难以克制的自感电压；短路时最小脉宽无法控制、失控，变成开环，冲击电流无法抑止的问题。附图说明图I是本技术实施例中所述采样全数字化电流型PID控制方法的流程示意图；图2是本技术实施例所述采样全数字化电流型PID控制电路的原理示意框图；图3是本技术实施例所述采样全数字化电流型PID控制电路示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术技术方案进行详细说明。如图I中所示:本技术实施例所述的一种采样全数字化电流型PID控制方法，包括以下步骤步骤A.获取固定给定信号；步骤B.获取电流采样反馈信号；步骤C.将固定给定信号和电流采样反馈信号进行PID控制运算，得到占空比脉宽信号，并根据该占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理，实现对焊机实际输出的控制。其中，所述获取电流采样反馈信号，具体可以为使用TVS管对采样得到的电压进行吸收，使用电流互感器采样开关变压器的电流信号，通过全桥整流后经电阻取样后得到方波信号，作为反馈信号。所述PID控制运算是采集方波信号的平均值进行运算处理，而且在得到占空比脉宽信号后，先对该占空比脉宽信号进行放大处理，再根据该放大后的占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理。所述根据占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理，实现对焊机实际输出的控制，具体为当电流突然增大时，反馈信号同时增大，若此时电压较低，焊机输出功率值还没达到设定的最大功率值，占空比脉宽信号对应的脉宽不会收窄，焊机输出功率最大；若此时电压升高，焊机输出功率值超过设定的最大功率值时，占空比脉宽信号对应的脉宽收窄，电流回到原来状态，此时焊机输出功率减少。这样，即可实现对焊接电流，电压，功率的数据变换处理，让焊接过程可控，且通过对检测回来的数据处理，不同的误差范围采用不同的ro控制，通过分离积分，让电源快速更随和响应，焊接过程可控性强，同时仰止短路时的冲击电流，工作性能稳定、可靠。如图2和图3中所示本技术实施例所述的一种采样全数字化电流型PID控制电路，包括有编码器I、电流采样单元2和PID控制单元3，且所述编码器I和电流采样单元2与PID控制单元3导通连接。其中，所述编码器I (如型号为20R20, K1A15F6)主要用于获取固定给定信号，并输送给PID控制单元3 ;所述电流采样单元2主要用于获取电流采样反馈信号，并输送给PID控制单元3，包括有一用于对采样得到的尖峰电压进行吸收的TVS管(如型号为ESD5Z3. 3T1，G*) 21，一用于对开关变压器原边电流信号进行米样的电流互感器(如型号为T22*14*8-C, HGQ200:1) 22，一用于对采样的电流信号进行全桥整流的全桥整流器23，以及一用于对全桥整流后的电流信号进行取样并得到方波信号的取样电阻24，且所述TVS管21、电流互感器22、全桥整流器23和取样电阻24依次导通连接；所述全桥整流器23由四个贴片二极管(如型号为1N4148 二极管)构成，所述取样电阻24由四个22 Ω封装的贴片电阻(如1206的贴片电阻)并联构成；所述PID控制单元3为一单片机(如型号为STM32F100C8T6)，主要用于将固定给定信号和电流采样反馈信号进行PID控制运算，得到占空比脉宽信号(即数字驱动序号)，并根据该占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理，实现对焊机实际输出的控制，其包括有依次导通连接的PID控制算法器31、PWM控制寄存器32和PWM输出端口33。本控制电路还包括有放大电路(如型号为MOSFET A04612)4，所述放大电路4的输入端和输出端分别与所述PWM输出端口 33和电焊机的驱动变压器导通连接。如图3，本技术所述的PID控制电路的电流互感器22的采样得到的原边电流信号经过二极管D16 D19及电阻R31 R34处理后直接输入MCU的引脚PAO-WKU P，同时前面板的编码器I也给MCU —个给定信号，MCU内部将这两个信号进行运算处理，MCU的引脚PA8和引脚PA9输出两个脉宽大小一致且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采样全数字化电流型PID控制电路，其特征在于，包括有一用于获取固定给定信号的编码器（1）和一用于获取电流采样反馈信号的电流采样单元（2），以及一用于将固定给定信号和电流采样反馈信号进行PID控制运算，得到占空比脉宽信号，并根据该占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理，实现对焊机实际输出的控制的PID控制单元（3）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱光，王巍，杨少军，王科海，
申请(专利权)人：深圳市瑞凌实业股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：