数字焊接控制系统和用于估计电源的方法技术方案

一种相位焊接控制器系统，使用焊接线和负载阻抗的及开路焊接输入电压的内部模型，求出一个保持期望焊接电流序列的名义触发角序列或导通角序列。该焊接控制器根据线路阻抗的估计模型、开路线电压、和负载电流与导通角之间的估计关系、及在如果诸模型准确则实现希望焊接序列的触发角、导通角、和负载电路功率之间的数学关系，计算一个名义触发角序列。焊接控制器以后使用在执行焊接序列的同时实时接收的测量值，来改进名义触发角，以更好地实现希望目标。该方法借助于实际负载使焊接控制器迅速实现希望的焊接序列，同时允许低的反馈增益，产生一种响应迅速和准确而不过分敏感的系统。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请人的专利技术一般涉及焊接控制器的领域，更具体地说，涉及一种自动补偿导致输入线电压变化的线路阻抗影响的焊接控制器系统，以便把恒定输出RMS电流供给由焊接控制器焊接的工件。电阻焊接现在广泛用于要求接合金属，如接合在汽车制造中使用的钢的大多数用途中。随着微处理器的出现，焊接控制器已经变得更加高级，并且使用各种控制技术，以便随着触头磨损在其整个寿命期间保证焊接质量。无论使用什么过程或控制技术，大多数焊接控制器包括几个基本元件。这些包括一个焊接控制模块、一个功率模块、一个焊接变压器及一些触头。功率模块通常包括功率半导体，如根据由控制模块产生的预置焊接程序把进来的功率切换到焊接变压器的可控硅整流器(SCR)。焊接变压器把进来的功率转换成联接到触头上的大电流脉冲，以对触头之间的工件进行焊接。焊接程序将使用相角控制来切换功率模块。为了保持希望的热量值传送到焊缝，触发SCR的适当相角是把功率传送到焊接控制器且以后经焊接控制器传送到焊接变压器的电源的状态的函数。在美国专利号4,289,948中公开了一种早期类型的电压补偿焊机控制器，该专利描述了一种根据测量线电压和确定其名义值来求出计时信号的方法。该名义值与期望的或希望的电压值相比较。在经验求出的公式中使用该差值，来确定必需升高或降低施加到焊接变压器和触头上的有效电压的新触发角，以便保持焊接电流恒定和独立于线电压的变化。在准确知道负载数值和功率因数、和一个无限恒定的电压源出现在到焊接控制器的输入处的假设下，触发SCR将保持焊接电流恒定。然而，由于负载阻抗从一部分到一部分变化，并且触头的特征由于磨损而变化，所以实际线电压很少是名义设计电压。通常，实际线电压不仅是源电压而且是线路阻抗的函数。线电压能不同于名义设计电压，因为电压源是由电力公司产生的、且受配电系统影响的真实电压源，并因此可能不是焊接控制的名义设计电压。线路阻抗的存在导致电压降与流入焊接的电流成比例。把实际焊接电流与目标负载电流相比较，后者与实际线电压与名义线电压的比值成比例，并且减小一个是名义负载电流与焊接总可用名义短路电流的比值的函数的因数。先有技术假定电压源是恒定的而没有线路阻抗。前提是焊接控制器能够由当前的焊接脉冲测量焊接控制器的线电压，并且能根据该测量校正下一个焊接脉冲。在稳定状态下，这提供了希望的结果。然而，有与限制其有效性的该方法有关的瞬态响应。在稳定状态下，实际焊接负载电流是名义负载电流。然而，焊接电流的最先两个循环显著小于用于配电系统的名义希望电流，配电系统是非常恒定的，因为初始负载电流不显著偏离名义希望电流。先有技术在提供十分稳定的状态响应的同时，具有在焊接用途中有害的瞬态特性，特别是在使用少量循环进行焊接的地方，如在铝焊接时。仅包括较大电流的3-6个循环的焊接脉冲在现代用途中是非常普通的，所以在焊接控制瞬态响应方面的改进是非常有益的。希望开发一种系统或方法，借此减小该瞬态特性，并且能补偿线路阻抗的影响，导致本焊接控制器的瞬态性能相对于先有技术控制的明显改进。因而，本专利技术的主要目的在于，提供一种相位控制焊接控制器系统，该系统使用一个焊接线和负载阻抗的、和开路焊接输入电压的内部模型，以求出一个保持期望焊接电流的名义触发角序列或导通角序列。本专利技术的另一个目的在于，提供一种估计期望焊接线和负载阻抗、和开路线电压以求出内部模型的相位控制焊接控制器系统。本专利技术的又一个目的在于，提供一种在焊接序列期间准确测量焊接线和负载阻抗、和线电压的方法和设备。本专利技术的再一个目的在于，提供一种用于如果保持希望的焊接序列则利用测量和估计的焊接线和负载阻抗来确定期望线电压的方法和设备。在本专利技术的最佳实施例中，组成本专利技术的基本元件系统包括，但不限于一个焊接控制模块、一个功率模块、一个焊接变压器及一些由单相电源操作的触头。功率模块包括功率半导体，如根据保持由控制模块产生的希望焊接序列的预置程序把进来的功率切换到焊接变压器的可控硅整流器(SCR)或闸流管。焊接变压器把进来的功率转换成联接到触头上的大电流脉冲，以对触头之间的工件进行焊接。在本专利技术的相位控制焊接控制器中，一个控制变量涉及至与输入线电压有关的SCR的触发脉冲的计时。如此，把焊接控制器看作是一个带有表示为数学数列的，而是连续时间变化量的输入、输出和状态变量的离散时间系统，在数列中的最小单位表示交流电源在时间上的半个循环。在大多数焊接用途中，及特别是在对汽车制造的电阻焊接控制的用途中，通常在负载阻抗方面几乎没有零件至零件变化，除非有严重的工艺问题，如工具失效或严重的零件装配问题。本专利技术建立一个由理想电压源和集中线路阻抗组成的焊接电源的内部集中参数模型、和一个期望负载电流与导通角之间的关系形式的负载阻抗的内部集中参数模型。焊接控制器根据线路阻抗、开路线电压、和负载电流与导通角之间的估计关系的估计模型，和在触发角、导通角与负载电路功率因数之间的数学关系，计算名义触发角数列，如果诸模型是准确的，则将实现希望的焊接序列。使用这样一种事先求出的模型来计算名义控制信号的该过程，通常称作前馈控制。焊接控制器以后使用实时接收的测量值，同时执行焊接序列来改进名义触发角，以更好地实现希望目标。响应目标与观察参数值之间的误差来实时调节控制参数的该过程，称作闭环反馈控制。对于实际负载该方法允许焊接控制器迅速地达到希望焊接序列，同时允许低的反馈增益，导致一种响应迅速和准确而不过分敏感的系统。由结合其中表示有本专利技术最佳实施例的附图所作的如下详细说明，将明白本专利技术的、认为是新颖且不显然的其他特征和优点。为了理解不必由这样的实施例代表的本专利技术的整个范围，参照权利要求书。附图说明图1表示根据本专利技术的一种基本焊接控制器10的总方块图。图2是图1焊接控制器的简化集中参数电路模型，带有有关的配电系统和焊接负载。图3表示对于30％的功率因数和4000安培的最大电流、实际焊接电流与导通角的关系曲线。图4是图1中所示焊接调节器的详细方块图。图5提供图1中所示名义触发角发生器的细节。图6表示图1中所示触发角补偿器的扩展方块图。图7在％I的焊接模式中扩展图6的反馈补偿器功能元件。图8在恒电流焊接模式中扩展图6的反馈补偿器功能元件。图9扩展图1中所示焊接调节器的动态I-g估计器功能元件。图10表示一个用来计算由图4中所示动态估计器使用的线路阻抗的新估计值的过程。尽管本专利技术对多种不同形式的实施例是有效的，但这里将详细描述和说明一个最佳实施例。本公开举例说明本专利技术的原理，而不要认为把本专利技术的宽广方面限制为所述的具体实施例。图1表示一种基本焊接控制器10的总方块图。一个焊接电源经输入线L1和L2连接到焊接控制器上。焊接控制器经一个串行通信链12编程，串行通信链12连接到在焊接控制器10外部的一个焊接编程器14上。一旦经焊接编程器输入程序，就经外围设备16初始化焊接程序的执行，外围设备16连线到其后把焊接程序分解成一个或多个焊接命令脉冲19的焊接序列I/O 18上。焊接控制器10的输出连线到一个焊接变压器20和焊枪22上，焊枪22使电流通过包括两个或多个要接合的金属件的工件。焊接控制器10还包括一个焊接调节器24、一个触发控制模块26、及一个相位基准时钟28。数字电压表30用来测量输入线电压L1-L2的各种参数，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电阻焊机的数字焊接控制系统，具有通过一个焊接接触器把一个焊接变压器负载连接到一个交流焊接电源上和从其上脱开、以控制焊接序列的计时段和在焊接中的热量强度值而保证优质焊接的类型，该数字焊接控制系统包括： Ａ．一个相位基准时钟； Ｂ．一个电压表； Ｃ．一个电流表； Ｄ．一个触发控制器； Ｅ．一个阻抗估计器，用来根据来自以前焊接的数据，估计负载阻抗数值和功率因数； Ｆ．一个电源估计器，用来根据焊接电源的集中参数模型，估计电源功率；及 Ｇ．控制装置，响应集中参数模型、和由焊接电源中线路阻抗的存在引起的估计电压降，用来调节焊接接触器在下个到来的线电压循环中的触发点，并且用来保持焊接电流恒定、和独立于线电压的变化且独立于由焊接变压器负载抽取的实际焊接电流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：保罗R布达，乔纳森H贝利，
申请(专利权)人：方D公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]