DSP控制的IGBT逆變式GMAW焊接電源主電路設計

1、第卷第期年月重琿俄控制的逆變式焊接電源主電路設計王曉非，陳克選，肖笑，宋聚海（蘭州理工大學材料科學與工程學院，甘肅蘭州）摘要：針對對焊接電源的要求，設計了一臺控制的全橋式逆變焊接電源。詳細介紹了主電路的設計，包括輸入整流電路、逆變功率開關的選型、中頻變壓器的設計、輸出整流電路、電抗器。以及功率開關的保護電路等的設計。通過系統(tǒng)調(diào)試，所設計的主電路滿足要求。關鍵詞：；逆變電源；主電路中圖分類號：鴨文獻標識碼：，文章編號：一（）瑚夠，§矛，竹），）甚：“，而（）印。印毗舳一肫，訪把，丑丌。，蚰山，肥：；“刖吾逆變焊接電源具有體積小、質(zhì)量輕、節(jié)主電路斷電時，由。、和、為。、提供放電回路。（）

2、逆變器。功率電子開關】時在以蚴腳為核心的控制回路的作用下，周期性的開關，將輸入整流濾波電路產(chǎn)生的直流電變換成頻率為材、高效節(jié)能和適應性強等優(yōu)點，已經(jīng)逐步應用于汽車、船舶、金屬結(jié)構和壓力容器等制造業(yè)中。逆變焊接電源由主電路、控制電路和保護電路三部分組成【，其主電路拓撲結(jié)構通常有推挽式、半橋式、全橋式等形式。本研究設計的逆變電源輸出電流，空載電壓，頻率。功率較大，因此選擇全橋式逆變主電路。的交流方波，之后經(jīng)高頻變壓器降壓輸出。輸出電壓采用輸出的波進行調(diào)節(jié)，即改變驅(qū)動脈沖的占空比實現(xiàn)。（）輸出整流濾波。高頻變壓器輸出的交流方波電壓再經(jīng)，、整流和電感濾波后，變?yōu)橹绷麟妷狠敵?，為焊接提供能量。主電路組成

3、和工作原理本研究設計的逆變焊接電源輸出電流，主電路設計中頻變壓器設計中頻變壓器的作用是電壓變換、功率傳遞和實空載電壓，頻率，其主電路如圖所示。從圖中可以看出，主電路分為三部分：（）輸人整流濾波。電網(wǎng)輸入，交流電，經(jīng)大功率整流二極管整流，為逆變器提供直流電壓。、為濾波電容。當收稿日期：作者簡介：王曉非（一）男河南商丘人，碩士主要從事數(shù)字化逆變電源的研究工作?，F(xiàn)輸入、輸出之間的隔離。對于逆變焊接電源中的中頻變壓器，由于工作頻率高達，因此要求這種變壓器磁心材料高頻損耗盡可能小，此外更重要的是要求避免磁心飽和，因此選擇磁通密度時按最惡劣條件來選擇工作磁通密度。原因是鐵心的飽和意味著高頻變壓器勵磁電流的

4、急劇增加，這顯然男盔，盔鱖乏么矽么；一萬方數(shù)據(jù)研究與設計雹暉拽第卷圖逆變焊接主電路原理會導致與之連接的功率開關承受極大的電壓、電流而損壞?？紤]以上要求，本設計采用性價比較高的鐵氧體材料作變壓器磁心，其飽和磁通密度約。工作磁通取小于曰。本研究為全橋逆變，所以磁心中的磁通是交變的，口也是交變的，所以×。此外變壓器工作在低電壓、大電流的條件下，高頻變壓器二次側(cè)繞組電流較大，導線比較粗，因而選擇型鐵心，便于繞制。中頻變壓器一次側(cè)繞組。，二次側(cè)兩組繞組他，颶，對稱串聯(lián)。由主電路可以計算出電網(wǎng)輸入經(jīng)整流濾波后輸入到變壓器輸入端的電壓（為電網(wǎng)輸入電壓）。磁心尺寸變壓器磁心尺寸取決于輸出功率和溫升等

5、，設計公式為習：由辟×廠××××。推出烙麗麗去麗而（）式中為功率（單位：），辟×；為經(jīng)驗系數(shù)；為鐵心窗口面積（單位：）；為鐵心有效截面積（單位：）；日為磁通變化量（單位：）；為匝數(shù)（單位：匝）廠為逆變工作頻率（單位：）；，為電流密度（單位：），銅導線扛，。由式（）可以算出私一。考慮實際應用時通風和繞線留出的空間，窗口系數(shù)選擇，實際選擇的謝。查產(chǎn)品目錄選擇型磁心兩幅合并，其，恥。驗算瓣，符合要求。匝數(shù)比在此設計的電焊機空載電壓，在設計變壓器時適當取大，其幅值取，以，實際取。所以輸出電壓皓刀一。因為的開關頻率為，周期殆斗，為防止直通，其導

6、通時間小于斗。實際電路乙（）×斗，滿足要求。其中瓦。是萬方數(shù)據(jù)最大導通脈寬，璣焊機空載電壓，以中頻變壓器二次側(cè)電壓幅值。電網(wǎng)輸入電壓經(jīng)整流濾波后，電壓幅值為，。×以×××（）式中為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)。一次側(cè)匝數(shù)至少為以死皿ד×）匝（）實際應用。匝，崢匝。中頻變壓器一次側(cè)電流，們，考慮到在下銅的集膚效應為，選擇銅皮厚度為。一次側(cè)繞組截面積。，一次側(cè)銅皮寬度形。，寬度形。實際應用中一次側(cè)選用衄銅皮繞制，二次側(cè)采用寬度的銅皮，取兩股并聯(lián)繞制。選擇是逆變弧焊電源中的關鍵核心元件，對它的設計、選擇直接關系到整個焊機的安全、可靠。因此在

7、計算參數(shù)時應留有較大的裕量。輸入電網(wǎng)電壓經(jīng)整流、濾波后。直流輸出電壓××口、×××（）為電網(wǎng)電壓有效值；為波動系數(shù)；口為安全系數(shù)，取。關斷時的峰值電壓以。（璣）×口（×）×（）為過電壓系數(shù)；為池引起的尖峰電壓（單位：）。實際中，額定電壓向上靠，選擇。高頻變壓器一次側(cè)電流：，、，×÷（）繞組銅皮尺寸砌，中頻變壓器二次側(cè)平均電流為，銅皮截面積額定電壓最大值璣（承受的穩(wěn)態(tài)最大電壓）為【】：、式中式中額定電流，研究與設計王曉非等：控制的逆變式焊接電源主電路設計第期式中，為高頻變壓器一次側(cè)電流；，為高頻變

8、壓器二次側(cè)電流，按照額定輸出電流計算；。、為高頻變壓器一、二次側(cè)匝數(shù)。每只管子上的平均電流為，。的一半，即。額定電流，是導通時能流過管子的最大持續(xù)電流（結(jié)溫），因此，選擇管子的電流等級為。綜上所述，選擇德國西門子標準系列，其額定電壓為，額定電流。阻容吸收保護電路為了防止在關斷時損壞，本設計中采用緩沖電路，其組成如圖中¨，。所示。其作用是在關斷時，負載電流通過。向。分流，減輕負擔，抑制出和過電壓。本設計中電容選擇“，電阻。輸入電路設計電網(wǎng)輸入交流電經(jīng)整流器整流后，變成脈動直流電，需經(jīng)輸入濾波器進行濾波，將脈動直流電變成平滑直流電再送給逆變器。整流二極管選擇二極管時是根據(jù)電流的有效值進行

9、選擇的，相應的正弦半波有效值為【，（）式中，為電流有效值（單位：）；，為額定電流（單位：）。由于是三相全橋整流，每個整流管導通周期，因此每個周期內(nèi)整流管電流發(fā)熱量聃×刀（）式中為電流通過二極管的發(fā)熱量；，為輸入電流平均值；尺為負載；為周期。由此可以推出，斌×仍砰××，從而得出，即，。中頻變壓器一次電流，額定電流厶，×。整流二極管最大承受電壓×××。實際應用選擇兩倍安全余量，選擇額定值為，。實際焊機中選擇的是整流模塊?！败浧饎印彪娐吩O計限流電阻電容輸入式整流濾波電路在接通交流電壓時，合閘時對電容進行充電，往往會引起較

10、大的浪涌電萬方數(shù)據(jù)流，因此會引起一系列可靠性方面的問題，必須加以抑制。軟起動電路分為兩部分：一是輸入電網(wǎng)電壓分段起動，在合閘時，先接人限流電阻，將合閘浪涌電流限制在設定范闈內(nèi)，待輸入電容充滿電后，再將該電阻短接；二是逆變器的輸入、輸出濾波電容容量較大，若大功率開關管馬上按照額定負載的脈寬（最大）導通，輸入電容以最大電流放電和輸出電壓的突然建立，將會形成非常大的電容電流，使得功率開關管的負擔過重，很有可能在合閘時將開關管燒壞。對于第二部分軟起動電路通過軟件編程實現(xiàn)，第一部分軟起動電路通過硬件實現(xiàn)。對于第一部分限流電阻的選擇要適當，過大，主電路電壓降損失大；過小，起不到限流作用。本研究中，選擇的限

11、流電阻為的水泥電阻。起動后，延時一段時間（即濾波電容。、，充滿電后，其時間常數(shù)為尺×斗啪）嘲開關閉合，將從主電路中短接。濾波電容在此采用三相全波整流，其直流電壓脈動頻率為。為了供給逆變器平滑的直流電壓，必須在輸入整流電路和逆變器之間加入濾波電容，其目的是減小整流輸出后直流電的交流分量。如圖中。和，即濾波電容，其計算公式為揪蹦，（）式中為整流輸出直流電壓的脈動周期；為輸入功率（單位：）；砜為電容器平均電壓（單位：）。由式（）可得斗。一般實際選取是算出值的倍嘲。在此實際選取的是兩個仙，電容串聯(lián)，其目的是提高耐壓值。由于電解電容不是理想的電容，它本身的阻抗對電容上的電壓會有影響，所以為了穩(wěn)

12、定其兩端電壓，使每組電容的分壓相等，分別在每組的電容兩端并聯(lián)一個均壓電阻。如圖中，。本設計選擇的尺尺。由于串聯(lián)等效電阻和串聯(lián)等效電感的存在，影響濾波效果。實際電路中，在電解電容兩端并聯(lián)高頻無極性電容，如圖中：，。選擇高頻濾波電容主要滿足耐壓值夠，本設計中選擇的是，。輸出電路設計采用全波中心抽頭整流，其優(yōu)點是電壓損失少，使用二極管少，成本低。整流二極管因為是高頻整流，所以選擇的是快恢復二極管，它具有短的反向恢復時間和小的反向恢復電流。對研究與設計重暉拽第卷于單相全波整流電路，整流二極管額定電流為，×（）式中，為整流二極管額定電流；，為焊機輸出電流。管上承受最大反向電壓以×（）

13、式中“為焊機輸出電壓幅值。本設計中考慮實際應用安傘問題，焊機選用四組整流二極管，其額定電流，額定電壓。采用兩兩并聯(lián)使用，使其電流每組達到。為了得到平滑的直流電壓，需要加入輸出濾波電容。其計算式為：×（）。在此設計的是的焊機，所以選擇的電容為，。輸出直流電抗器電焊機中直流電抗器的作用有兩個：一是濾波和儲能，二是改善電源的動特性，限制短路電流的上升速度和峰值電流，改善引弧性能，減小飛濺。本焊機設計時選用線性電抗器，其具有空氣隙較大，在大電流時不飽和。硅鋼片條形鐵心，其價錢低廉。為了滿足輸出電流的連續(xù)，電抗器的電感量應滿足（以一。，曲（）式中為直流電抗器的電感量（單位：）；以為中頻變壓器二

14、次側(cè)電壓幅值（單位：）；為焊機輸出電壓（單位：）；。為最大導通時間（單位：“）；乙為最小電流（單位：）。一般情況下乙，其中，為電焊機額定輸出電流，為，的變化量，一般取，的；計算的乙，取。即（）×（×）（）當焊絲直徑為砌時，取值為加。取值一般為晶閘管逆變器電感量的倍【】，本焊機選擇的是。電抗器線圈匝數(shù)可由式（）求得肚與號器等等甜匝（）式中玩為鐵心最大磁感應強度；為直流電抗器匝數(shù)江為直流電感；，為電抗器中流過電流。本設計，取匝。由式（）可以選擇鐵心型號邸盧×（××）（）式中。為窗口利用系數(shù)，一般取閉，為磊白鱖必壚，危名矗，萬方數(shù)據(jù)導線電流密度（單位

15、：?。?。系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果經(jīng)過逆變后，再經(jīng)高頻變壓器降壓后的波形見圖。高頻變壓器輸出經(jīng)快恢復二極管整流后的空載電壓波形見圖，與預期輸出波形符合。圖實測空載高頻變壓器二次側(cè)電壓波形圍實測二次側(cè)整流后空載電壓波形結(jié)論在主電路設計中，中頻變壓器的計算是非常重要的，它起著傳遞功率和降壓的作用，是計算的核心，設計時要注意磁心是根據(jù)逆變頻率選擇的。盯是主電路中的核心元器件，在設計時要考慮其安全余量和保護電路設計。輸出電抗器對電焊機的動特影響很大，對其設計要在實際調(diào)試時進行調(diào)整。通過對電焊機的調(diào)試，該研究滿足對焊接主電路的要求。參考文獻：【】顧公兵全橋式：逆變焊接電源主電路的設計】電焊機，（）：【】常云龍新型焊

16、接電源實用技術【】北京：中國教育文化出版社【李芳全數(shù)字逆變脈沖（塒焊接電源的研究】蘭州：蘭州理工大學材料科學與工程學院，【】殷樹言：焊接設備原理與調(diào)試【】北京：機械工業(yè)出版社，【】徐德進微機控制多功能逆變焊機的研制【】蘭州：蘭州理工大學材料科學與工程學院，【屈穩(wěn)太大功率高頻逆變電焊機的研究【電力電子技術，（）：一DSP控制的IGBT逆變式GMAW焊接電源主電路設計作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次數(shù)：王曉非， 陳克選， 肖笑， 宋聚海， WANG Xiao-fei， CHEN Ke-xuan， XIAO Xiao，SONG Ju-hai蘭州理工大學材料科學與工程學院,甘肅,

17、蘭州,730050電焊機ELECTRIC WELDING MACHINE2009，39(11)0次相似文獻(10條)針對GMAW-P焊的脈沖波形調(diào)制,采用16位定點數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A建立了基于DSP的GMAW-P焊數(shù)字化控制系統(tǒng).利用DSP內(nèi)部集成的PWM產(chǎn)生模塊,通過選擇合適的工作方式實現(xiàn)了PWM信號的直接數(shù)字化控制,從而實現(xiàn)了GMAW-P焊高頻逆變和低頻脈沖波形調(diào)制,提高了控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性,闡述了控制系統(tǒng)的軟件設計.結(jié)果表明,所設計的數(shù)字化控制系統(tǒng)能實現(xiàn)良好的GMAW-P焊接工藝,焊接過程穩(wěn)定,獲得的焊縫質(zhì)量好,成形美觀,充分顯示了DSP數(shù)字化控制的優(yōu)點.

18、鋁合金在工業(yè)中的廣泛應用促進了鋁合金脈沖GMAW焊接工藝及焊接設備的大發(fā)展,數(shù)字化技術為研發(fā)適合高效焊接鋁合金工藝新電源提供了契機.文中基于數(shù)字信號處理器(DSP)和MCU雙核數(shù)字控制,研制了數(shù)字化脈沖GMAW鋁合金焊機.基于模塊化設計思想,DSP主要處理焊接過程信號和焊接輸出波形控制,MCU主要處理人機交互信息,雙核之間采用通訊方式進行信息交互.設計的數(shù)字化控制電源具有焊接電源輸出波形控制、熔滴過渡控制、電弧性能控制、專家系統(tǒng)等功能,適合各種鋁合金不同場合的應用.焊接試驗結(jié)果表明,焊接工藝性能良好,焊縫成形均勻一致,建立的焊接電源數(shù)字控制平臺可用于鋁合金焊接工藝的研究.3.學位論文 傅延安

19、GMAW引弧動態(tài)過程DSP控制優(yōu)化 2003闡述了焊接過程信息數(shù)字處理控制思想,實際研究了數(shù)字信號處理器(DSP)在CO2氣體保 護焊接中的應用,將數(shù)字信號處理器(DSP)在送絲系統(tǒng)的柔性化調(diào)節(jié)、引弧和收弧模式、焊接參數(shù)的一元化自調(diào)節(jié)等方面的應用作了研究和試驗.通過研究的樣機試驗,建立了一套焊接電源的數(shù)字化、信息化、柔性化控制平臺,并探討了數(shù)字信號處理器(DSP)在CO2焊接領域中的應用優(yōu)點和前景,并提取了DSP主控GMAW焊接電源全系統(tǒng)框圖.試驗證明該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,較好地滿足了工藝性能,實現(xiàn)了焊接機控制的數(shù)字化.5.學位論文 王偉明 逆變式GMA單脈沖和雙脈沖焊機數(shù)字控制系統(tǒng)研究 200

20、4在對GMAW焊接性能影響因素的分析的基礎之上,通過DSP控制系統(tǒng)對波控參數(shù)進行調(diào)整與比較,結(jié)合實驗具體分析波控參數(shù)對GMAW焊接性能的影響.結(jié)果表明通過對波控參數(shù)精確的調(diào)節(jié),可以有效地提高GMAW的焊接性能,可以滿足不同的焊接工藝的要求.7.學位論文 孫廣 基于能量調(diào)節(jié)的DSP主控短路過渡GMAW焊智能控制研究 2005采用CO2氣體保護焊的短路過渡方式進行焊接時，由于CO2氣體的性質(zhì)造成了焊接過程穩(wěn)定性及工藝性能較差(主要是飛濺大和焊縫成形差)的缺陷。本文結(jié)合CO2氣體保護短路過渡焊控制方式的研究現(xiàn)狀，以及對短路過渡各階段控制逐漸細化及精確化的發(fā)展趨勢，將先進的數(shù)字化技術引入到控制過程中，

21、同時采用更加體現(xiàn)焊接過程本質(zhì)的能量調(diào)節(jié)方式對焊接過程的各階段進行精確控制，獲得穩(wěn)定的焊接過程，并同時達到減少飛濺及改善焊縫成形的目的。理論分析及實驗結(jié)果表明，短路過渡CO2焊接過程中短路期和燃弧期的能量分配是與焊接過程的穩(wěn)定性及焊接質(zhì)量有直接影響的，不同的能量分配形式會引起焊接工藝性能的很大變化。以往任何一種以減少飛濺率和改善焊縫成形為目的的波形控制方式的實質(zhì)就是對焊接電源提供能量的一種分配過程。在一定的焊接規(guī)范下焊接電源在每一個過渡周期之內(nèi)所提供給負載的總能量Q是一定的。并且以燃弧能量Qa和短路能量Qs的形式體現(xiàn)出來并對焊接過程產(chǎn)生不同的影響；燃弧能量Qa中包含加熱工件形成熔池的能量Qb，維

22、持電弧穩(wěn)定燃燒的能量Qp，及熔化焊絲形成熔滴所需的能量Qd。短路能量Qs主要是熔滴在向熔池過渡過程中系統(tǒng)所提供的能量。同時CO2短路過渡焊的穩(wěn)定性與焊接過程能量的匹配有很大關系，經(jīng)大量實驗結(jié)果證明在一個給定的規(guī)范下存在著使焊接過程保持穩(wěn)定的最佳短路過渡頻率，在該過渡頻率下燃弧與短路過程的重復性好，因而焊接過程具有較高的穩(wěn)定性。通過調(diào)節(jié)燃弧能量Qa及短路能量Qs的匹配及其比值對焊縫尺寸及過渡頻率的影響實驗，得出結(jié)論：燃弧能量Qa主要對焊縫的寬度(熔寬)影響較大，Qa值越高則熔寬較大、電弧穩(wěn)定性高，反之熔深較淺，且電弧不穩(wěn)定；短路能量Qs主要是短路階段中熔滴向熔池過渡時熔滴內(nèi)部積聚能量的釋放，該能

23、量的大小直接影響到焊接過程的飛濺率，Qs值越大則飛濺率越高、反之則飛濺率減少。而燃弧能量與短路能量比(Qa/Qs)對焊接質(zhì)量及短路過渡頻率都有較大的影響，當(Qa/Qs)較大時焊縫成形平坦而且光滑，反之則焊縫成形窄而高。同時(Qa/Qs)與短路過渡頻率有很強的對應關系，當(Qa/Qs)合適時短路過渡頻率最高焊接過程最穩(wěn)定。由此可見獲得良好的焊接質(zhì)量和穩(wěn)定焊接的過程就是焊接電源提供的諸能量之間的合理匹配的過程。利用基于能量調(diào)節(jié)的波形控制方式通過統(tǒng)計分析的方法驗證了各控制參數(shù)對焊接過程穩(wěn)定性的影響。通過大量的工藝實驗確定了可以利用改變再燃弧電壓Ei的方式調(diào)節(jié)短路過渡過程中的燃弧與短路階段的能量比(

24、Qa/Qs)，從而提高焊接過程的穩(wěn)定性及改善焊縫成形。同時由于短路過渡的過渡頻率f與能量比(Q/aQs)之間有很強的線性對應關系，因此可以用短路過渡頻率f作為控制目標而實現(xiàn)基于能量調(diào)節(jié)的波形控制方式。并由此可以制定出在不改變系統(tǒng)規(guī)范參數(shù)的情況下，完全可以通過調(diào)節(jié)能量比(Qa/Qs)來調(diào)整短路過渡頻率，使焊接過程保持穩(wěn)定。以此設計出基于能量調(diào)節(jié)的波形控制方案及具體控制區(qū)間，采用PI控制與模糊自尋優(yōu)控制相結(jié)合的控制方式，在保持燃弧階段的恒壓控制對弧長波動的抗干擾能力的同時，采用模糊自尋優(yōu)控制對再燃弧脈沖電壓Ei的調(diào)節(jié)以保證在不改變規(guī)范的前提下合理調(diào)節(jié)能量比(Qa/Qs)調(diào)整短路過渡頻率使其最優(yōu)。在

25、數(shù)字化逆變電源的具體設計中，首先對電源系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)參數(shù)進行精確的調(diào)節(jié)，并最后確定恒壓控制的比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki使控制波形穩(wěn)定。根據(jù)DSP控制系統(tǒng)的特點，設計適于數(shù)字化程序控制的易于編程的具體PI算法公式。在本設計中把再燃弧脈沖電壓Ei作為模糊控制的調(diào)節(jié)量，把最佳短路過渡頻率f作為被控量，采用基于短路過渡頻率f的模糊自尋優(yōu)控制方式，在其他焊接參數(shù)給定的情況下，通過調(diào)整燃弧能量與短路能量比(Qa/Qs)的方式來獲得最佳短路過渡頻率值，在保持焊接過程穩(wěn)定性的前提下同時獲得滿意的焊縫質(zhì)量。討論了液力變矩器總成環(huán)縫精度焊接系統(tǒng)GMAW焊機柔性化控制的幾個由數(shù)字信號處理器(DSP)作為控制核心的新

26、型CO2氣保護焊接電源的柔性化控制技術,有效實現(xiàn)了同步引弧、焊接過程分段時變參數(shù)以及焊縫搭接這幾項技術要素,保證了液力變矩器焊后同軸度和內(nèi)部間隙量精度.9.學位論文 李芳 GMAW-P數(shù)字電源設計及熔滴過渡特征信號提取與建模研究 2008脈沖熔化極氣體保護焊(GMAW-P)在工業(yè)生產(chǎn)中的應用日益廣泛。當前，鋁合金等材料的廣泛應用，由此而帶來的新工藝等對焊接設備提出了更高的要求。GMAW-P焊接方法在應用中存在的其中一個工藝問題就是：弧長穩(wěn)定性。由于GMAW-P焊接過程中，脈沖電流波形不斷地在基值與峰值電流之間進行切換，因此弧長也在兩個值之間不斷變化，很容易出現(xiàn)導電嘴的回燒。如何有效的控制電弧長

27、度是GMAW-P亟待解決的工藝問題之一。GMAW-P熔滴形成、長大及過渡與脈沖參數(shù)有著密切的關系，而GMAW-P熔滴過渡過程對GMAW-P焊接工藝性能、焊縫成形和焊接質(zhì)量有重要影響。如何能有效、精確控制熔滴過渡的形式，實現(xiàn)精確的一脈一滴熔滴過渡過程也是GMAW-P研究的一個重要任務。對于GMAW-P焊接電源，應用環(huán)境多為開放式的車間或野外，各種高頻信號干擾容易導致數(shù)字焊接電源發(fā)生故障。目前，GMAW-P數(shù)字焊接電源從控制方案設計角度存在以下問題：1)采用單一的CPU，信號高度集中；2)資源獨占，程序設計復雜；3)可靠性不高，某一環(huán)節(jié)的問題可能會導致系統(tǒng)的癱瘓。 針對當前GMAW-P數(shù)字焊接電源

28、存在的問題，應用模塊化理論，計算各零部件之間的相似程度系數(shù)，形成模糊相似矩陣，從數(shù)字控制角度對GMAW-P焊接電源系統(tǒng)進行了模塊劃分。系統(tǒng)的主模塊分為主回路模塊和控制模塊?？刂颇K又包括信息交互模塊、過程控制模塊、輔助功能模塊三大部分。信息交互模塊與過程控制模塊分別采用DSP和MCU獨立控制。過程控制模塊以DSP為核心，通過RS-485總線與MCU控制的信息交互模塊采用軟件握手的方式進行數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)對GMAW-P焊接過程中脈沖電流、電弧長度控制。此外，通過CAN總線實現(xiàn)了GMAW-P焊接電源與PC機之間的通訊，方便的進行產(chǎn)品的升級。雙CPU設計將管理功能與算法功能合理分配，為優(yōu)化GMAW-P

29、工藝奠定了基礎。采用模塊化熵Sm=1/pSmi度量系統(tǒng)的模塊化程度，其中，p為產(chǎn)品模塊化的級數(shù)；i為模塊的級別。論文分析了GMAW-P焊接電源的故障類型，研究了GMAW-P焊接電源系統(tǒng)的可靠性。采用分層控制技術，構建了GMAW-P焊接電源系統(tǒng)故障樹模型。確定了故障傳播的邏輯關系，根據(jù)傳播矩陣來確定各故障節(jié)點的排查次序。如果故障一旦發(fā)生，從直接導致頂事件發(fā)生的第一級節(jié)點按照排查次序檢查各個節(jié)點，快速確定故障源，提高故障的診斷效率。根據(jù)故障的關鍵重要度采用了不同的處理方法，可以有效的節(jié)約DSP的軟件資源，并且快速的處理異常狀況，達到保護焊接電源的目的。理想的GMAW-P一脈一滴熔滴過渡方式可以保證

30、熔滴尺寸的一致性，而脈沖頻率與熔滴直徑有著密切關系：f=k*vf/D。一個脈沖周期內(nèi)焊絲熔化的體積由兩部分組成，一部分為發(fā)生過渡的熔滴體積d，另一部分為沒有過渡而殘留在焊絲端部的熔化金屬的體積r。基于對焊絲端部熔化金屬體積的考慮，修正了GMAW-P熔滴過渡時熔滴的尺寸與脈沖頻率的關系方程：f=k*vf/D，=d/d+r=43R3/3a20x-x2a20-R2-a20*(a20-R2)+43R3,為考慮熔滴過渡后殘余熔滴的體積系數(shù)。修正公式為優(yōu)化選擇脈沖參數(shù)提供了理論支持。建立了等速送絲GMAW-P系統(tǒng)傳遞函數(shù)，從控制理論角度解釋緩降外特性對于GMAW-P電弧弧長控制的必要性。針對GMAW-P焊接的特點，對GMAW-P弧長適應控制展開研究，設計了頻率-特性復合弧長控制器。一方面通過脈沖頻率控制使弧長保持穩(wěn)定，同時，控制焊接電源的外特性，以保證脈沖頻率在小范圍內(nèi)波動。臺