基于FPGA和NiosII的逆變焊接電源控制器
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根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路，采用VHDL語(yǔ)言描述、以狀態(tài)機(jī)的形式設(shè)計(jì)ADC控制器。
2．1．2 DPWM控制器
數(shù)字PWM(DPWM)控制器作為連接控制算法與焊接電源主回路的橋梁，作用至關(guān)重要。在以DPWM方式控制的逆變電源系統(tǒng)中，DPWM一般可以分為電壓型DPWM和電流型DPWM兩種方式。電流型DPWM反饋電流和鋸齒波疊加后，與控制信號(hào)直接比較，DPWM信號(hào)可以迅速輸出電流的變化，動(dòng)態(tài)性能較好，因此本文采用電流型設(shè)計(jì)方案。
DPWM控制器一般需要滿足：占空比可變，而且PWM占空比更新快；有足夠的死區(qū)時(shí)間保證IGBT可靠關(guān)斷；能快速抑制不正常輸出電流的突變，以防止焊接電源負(fù)載在短路、焊接電弧、斷路之間切換時(shí)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定；當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流等異?，F(xiàn)象時(shí)，能快速封鎖DPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保護(hù)主回路。
此外，為了避免系統(tǒng)輸出出現(xiàn)極限震蕩現(xiàn)象，要求DPWM控制信號(hào)的分辨率要高于采樣分辨率。本設(shè)計(jì)中，ADC有效采樣分辨率設(shè)置為10位，采用150 MHz的計(jì)數(shù)頻率和30 kHz的逆變器開(kāi)關(guān)頻率，由式(1)可推算出DPWM控制信號(hào)的分辨率：
為DPWM控制信號(hào)的分辨率。代入實(shí)際數(shù)據(jù)可得，計(jì)數(shù)上限為5000，即至少13位的分辨率，高于ADC的采樣分辨率。綜合上述分析，電流型DPWM控制器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191363.htm
2．1．3 雙閉環(huán)控制算法
(1)電流控制方案
脈沖MIG焊一般采用帶后中值的焊接電流波形，如圖3所示。焊接過(guò)程的要求各階段電流穩(wěn)定，且峰值電流Ip、基值電流Ib、中值電流Im以及電流變化斜率都應(yīng)精確控制，以保證焊縫質(zhì)量。因此，保證控制脈沖參數(shù)的精度為電流控制的基本要求。閉環(huán)形式的PID算法最為常用，但是各階段的電流變化斜率不盡相同，即使反復(fù)選擇PID算式的kp、ki、kd參數(shù)，也只能折中各階段的控制指標(biāo)。變參數(shù)PID控制則可以分段設(shè)定kp、ki、kd參數(shù)，優(yōu)化控制效果。本文采用變參數(shù)PID作為控制方案。
根據(jù)波形的6個(gè)階段，將PID參數(shù)分為6組，分別分段調(diào)試取優(yōu)后存儲(chǔ)。工作時(shí)控制器根據(jù)當(dāng)前的焊接電流階段選擇最優(yōu)PID參數(shù)，以充分保證焊接電流的各個(gè)指標(biāo)。這里采用增量式PID方案，變參數(shù)PID電流環(huán)控制方案如圖4所示。
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評(píng)論