【优秀论文下载】模糊控制逆变弧焊电源

第25卷第6期 焊 接 学 报 v。1．25 N。．62 O O 4年1 2月 F O 0 4模糊控制逆变弧焊电源贾贵玺1， 刘金涛1， 张 方2(1．天津大学自动化学院，天津300072；2．广东湛江师范学院电子系524000)摘要：介绍了模糊控制逆变弧焊电源的基本工作原理，控制系统组成以及硬件实现方案。设计出了二输入～输出模糊控制器，模糊控制器以焊接电流偏差和偏差变化率为输入量，输入量通过模糊化处理，模糊推理得出输出结果，再将其解模糊化，得到控制变量的精确输出值，实现电源的恒流外特性控制。研制出一台模糊控制逆变弧焊电源样机，并对其外特性进行了测试。关键词：逆变弧焊电源；模糊控制； 文献标识码：A 文章编号：0253—360x(2004)06—89—04 曾音奄O 序 言逆变弧焊电源是一种节能、高效、轻便的电源，已广泛应用于国民生产的各个方面…。弧焊电源的主电路一般采用开关变换器，控制电路主要采用专用集成控制芯片来实现。随着对电源性能要求的不断提高，传统的控制方式无法很好的满足要求。计算机技术的发展，使微机控制的弧焊电源开始逐渐问世，与传统的控制方法相比，微机控制弧焊电源具有显著的优点：减少漂移和电磁干扰；改善系统的可靠性；软件设计方便灵活，可以根据系统要求进行修改；实现实时的监控和诊断。但在已有的采用微机控制的弧焊电源中，其系统软件的控制方法普遍采用的是传统的例积分)控制，这种算法的优点是控制系统的稳态精度高，而其缺点是必须建立精确的数学模型并进行整定，而精确的数学模型在实际问题中往往难以得到。同时，开关变换器在工作过程中具有严重的非线性，其控制比较困难，特别是当工作调节的范围比较大时，传统的基于线性系统的控制方法将会导致不良的动态过程或者系统不稳定心]。因此传统的方法无法满足弧焊电源作为一个多输入、多输出、非线性系统的性能要求。文中采用非线性方法来解决这一问题，将模糊控制应用于控制系统。针对逆变弧焊电源的复杂工作环境，为了提高电源的控制性能、可靠性和抗干扰能力，从硬件和软件两方面都采取了有效措施。从而保证了系统的稳定性和良好的动态性能。收稿日期：2004一07一131 基本工作原理模糊控制逆变弧焊电源原理框图如图1所示。单相或三相交流电经整流滤波成直流电，为开关电源供电。硬件部分又分为主电路和控制电路。主电路采用零电流软开关方式，这一方式具有开关频率高，关断损耗小，可靠性好和工作效率高等特点旧J。控制电路控制大功率开关管交替开关，将直流电逆变成高频交流电，再经高频变压器降压，输出整流器整流和电抗器滤波，即可得到所需的焊接电压和电流。糊控制逆变弧焊电源原理图 f ng w．片机系统从主电路获取焊接电流反馈，与焊接电流的设定值比较得到偏差糊控制器以行调节‘4’，得到合适的占空比，即可实现焊接规范的调节和外特性的控制。2 控制系统组成控制系统的组成可分为硬件部分和软件部分。单片机控制系统的硬件部分主要包括三方面：单片机，外围接口电路及人机界面。控制系统设计的原万方数据焊 接 学 报 第25卷则是尽量简化外围电路、减少分立元件【5 J。提高其抗干扰能力和工作的可靠性、稳定性。该电源控制系统采用了据软件完成算术和逻辑运算，发出指令。外围接口电路是控制电路与主电路连接的桥梁，包括焊接电流反馈电路，信号采集电路，故障信号锁定电路等，为提高转换精度，系统采用12位A／机界面包括系统键盘和显示电路。其硬件组成原理图如图2所示。控制系统的软件主要完成焊接电流、电压的调节，恒流特性的输出及其它功能。!流电 入徽发电路● ● ●I l● ● ● ●显示电路l 路 统硬件组成原理图 f 糊控制器的设计模糊控制的基本原理是：模糊控制器的输入量通过模糊化处理，经过一定的语言规则进行模糊推理，推理得出的输出结果明晰化，最后得到控制变量的精确输出值，如图3所示。模糊控制器图3模糊控制原理 P f 要包括以下几个主要方面：确定模糊控制器的输入变量和输出变量，选择输入输出变量的论域及参数；变量的语言描述与赋值表的建立；设计模糊控制器的控制规则；确立模糊化和明晰化方法，控制表的生成。3．1 模糊控制器的输入输出语言变量在理论上，模糊控制器的输入变量的个数(维数)与控制精度成正比，但维数越多，控制越复杂，越难以实现。因此，采用二维模糊控制器。模糊控制器的输入语言变量一般取被控对象的偏差及其变化率，输出语言变量取控制量的变化。在这里输入变量取为焊接电流的偏差制