基于DSP的数字化IGBT逆变点焊电源控制系统的研究

论文摘要

随着微机技术及DSP在焊接领域的应用不断深入,使得点焊焊机的数字化成为必然趋势。逆变电源技术在电阻焊接领域的成功应用,为点焊设备的精密化、智能化提供了广阔的开发和应用前景。目前,以IGBT为开关器件的逆变主电路技术已经开发成熟,以新一代数字信号处理器(DSP)为主控单元所构建的控制系统,正在取代现有的单片机控制技术。本课题正是在这一背景下,提出并完成了基于DSP的数字化IGBT逆变点焊电源控制系统的研究。本文通过软开关逆变点焊电源主电路拓扑结构和工作原理的分析,对全桥式零电压软开关逆变点焊电源恒流输出的驱动脉冲时序要求和实现方法做了详尽的论述。采用TMS320LF2407对全桥移相零电压点焊逆变电路提供PWM驱动脉冲,并建立了输出电流变化值与移相角的之间的计算公式,利用软件编对PWM驱动脉冲的输出频率进行灵活的设定和修改。构建了基于DSP的基本系统,设计并搭建了外围电路,包括电流采样电路、IGBT驱动电路、显示电路、键盘电路等。软件设计采用模块技术,除主程序外,引入中断向量表,各功能都编有相应子程序。软件设计完成了PWM信号的输出与时序控制、电流信号采样、LCD显示、模糊控制等功能。本文以计算机仿真技术为主要手段,对软开关方式的逆变点焊电源进行深入研究。在Matlab软件包的基础上,讨论了点焊逆变电源中常见元器件的建模,建立了点焊过程中动态电阻的非线性电阻模型。使用已有的元器件建立系统的仿真模型,即IGBT点焊逆变电源系统,并建立了PWM波形发生器模型,成功实现了软开关逆变点焊电源的仿真。设计的点焊控制系统具有结构简单、运算速度快等特点,能够满足逆变点焊电源控制的需要,具有焊接参数设置、参数显示等功能,可实现点焊过程参数信息检测及处理,对实现点焊过程与质量的智能化控制有一定的理论与工程实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 逆变点焊电源技术国内外研究现状
• 1.3 逆变点焊电源主要支撑技术发展概况
• 1.3.1 主电路拓扑结构及软开关技术
• 1.3.2 质量监控技术
• 1.3.3 计算机仿真技术
• 1.4 研究的内容
• 第2章 系统总体设计方案
• 2.1 系统硬件总体设计方案
• 2.2 系统软件总体设计方案
• 第3章 软开关逆变电源的原理
• 3.1 逆变主电路拓扑结构
• 3.2 基本的全桥PWM变换器的工作原理
• 3.2.1 超前桥臂软开关
• 3.2.2 滞后桥臂的软开关
• 第4章 基于DSP控制系统硬件设计
• 4.1 DSP控制系统构成及软硬件资源
• 4.2 控制电路设计
• 4.2.1 电流采样电路
• 4.2.2 IGBT驱动电路
• 4.3 辅助电路设计
• 4.3.1 显示电路
• 4.3.2 键盘电路
• 4.3.3 JTAG仿真接口设计和仿真静态存储器（SRAM）设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制系统软件设计
• 5.1 主程序设计
• 5.2 焊接子程序设计
• 5.2.1 模糊控制子程序
• 5.2.2 PWM信号输出子程序
• 5.2.3 A/D转换子程序
• 5.2.4 显示子程序
• 5.3 系统调试结果
• 5.3.1 实验设备
• 5.3.2 DSP编程调试环境介绍
• 5.3.3 CCS集成开发环境
• 5.3.4 软、硬件调试结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 系统建模与仿真
• 6.1 电力电子元件器件建模
• 6.1.1 非线性电阻建模
• 6.1.2 PWM波形发生器建模
• 6.2 IGBT逆变电源主电路仿真模型
• 6.2.1 前端滤波整流电路
• 6.2.2 绝缘栅双极型晶体管模型模型
• 6.2.3 主电路仿真模型
• 6.3 仿真结果分析
• 6.3.1 原、次级电压波形
• 6.3.2 原、次级电流波形
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢