基于arm全数字化co2气保焊的研究.doc

基于ARM全数字化CO2气保焊的研究钟辉1,吴月涛1(,广东深圳)【摘要】:CO2气体保护焊具有效率高、成本低、形变小、抗锈能力强等优点,在工业中有着广泛的应用。国内在电焊机数字化方面的研究起步虽晚,但发展迅速。本课题在电弧数学建模、控制算法的基础上,结合ST公司先进的32位ARM微处理器的运用对CO2气体保护焊的全数字化系统进行了研究、设计与实现。CO2气体保护焊熔滴过渡存在短路、燃弧交替变化的特点,针对系统参数变化大、扰动复杂的情况,应用现代控制理论设计了熔滴短路过渡电流的模糊自适应PI控制器,在线识别电弧实时状态,改变控制量,保证系统控制品质保持在最佳范围,借鉴STT控制策略,并在的STM32F103微处理器上调试通过,获得了较好的焊接效果,实现了CO2气体保护焊的全数字化控制:控制算法数字化、功率输出数字化、馈丝系统数字化及人机交互界面数字化。【关键词】:电弧建模模糊自适应PI控制ARM微处理器STM32F103CO2气保焊短路过渡STT控制-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------作者介绍:钟辉(1973-),男,四川简阳人,电气工程师,主要从事数字化焊接电源的研发工作。1序言CO2焊接是以短路过渡形式进行的,因此CO2焊接的关键在于控制好它的短路过渡行为。随着逆变焊机动特性和电弧理论研究,出现了外特性控制、波形控制、模糊控制和STT控制等方法。电弧理论研究表明CO2气保焊的飞溅主要发生在短路初期和后期,短路初期熔滴与熔池的接触面积很小,在很小的接触面上流过很大的电流,电流密度较大,很细的液柱被迅速增长的电磁力抛出熔池形成飞溅,这称为瞬间短路飞溅;短路后期,液桥直径被压缩的很细,很大的短路电流经过如此小的截面,缩颈处的能量很快被积累起来,温度上升很快,使液桥内部金属气化,最后导致小桥发生爆炸,形成飞溅。针对CO2焊接飞溅形成机理,本课题借鉴STT波控法原理采用对熔滴短路过渡波形分段控制,结合模糊自适应PI控制器对电流的准确调节来减小飞溅。2总体方案设计在电力电子、微电子技术飞速发展的今天,数字化焊接设备也有了更多的选择。目前,主回路以逆变为主,控制电路一般以MCU、DSP、ARM、FPGA及DSC等为核心。鉴于DSP成本上不占优势,DSC还是个新概念,FPGA目前自身又不自带DA、AD模块,构建系统相对复杂,成本最高,但实时性安全性最好,MCU速度上欠缺,ARM在成本、控制都有很大的优势,本课题选择ARM+MCU模式。只要能满足运算速度的需要,用什么芯片来实现是次要的。总体设计思路,分硬件和软件两大部分。CO2气保焊控制系统框图如图1所示,其中包括功率系统100、控制系统200及馈丝系统300三大部分。-DC-AC-DC变换,主电路选用IGBT逆变式全桥硬开关拓扑结构。其简单可靠,性价比高。IGBT开关频率为28kHz。控制系统200包括ARM主控电路和MCU人机交互界面两部分:主控电路芯片选用ST公司嵌入式