[發明專利]一種基于正弦波調制脈沖的雙絲弧焊電源系統

無效

• 申請號: 201410111282.2
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103909323A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 薛家祥;陳振升;王磊磊;沈棟;恒功淳;李志寬;肖健
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K9/09
• 分類號: B23K9/09;B23K9/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

1.一種基于正弦波調制脈沖的雙絲弧焊電源系統，其特征在于，包括：

針對正弦波調制脈沖的數學模型，用于將焊接脈沖電流I_i的峰值和基值的大小按正弦波規律變化，形成峰值、基值電流序列值；

以DSP為控制核心的控制檢測電路，用于實現雙絲弧焊電源系統的閉環控制，保證系統輸出電流電壓具有穩定的閉環可控性，采用DSP進行柔性編程，使系統的控制過程實現數字化，同時在上述數學模型的基礎上，實現正弦波調制脈沖技術，使焊接脈沖電流I_i的峰值和基值的大小變化由正弦波控制；

智能專家焊接面板，用于實現雙絲弧焊電源系統的人機交互功能，可對數學模型中的正弦波調制脈沖焊接參數進行調節，同時對焊接參數進行精選、一元化及其最優化建立正弦波控制脈沖電流焊接專家數據庫。

2.根據權利要求1所述的一種基于正弦波調制脈沖的雙絲弧焊電源系統，其特征在于，在所述數學模型中，脈沖峰值電流及其時間的關系式為：

I_pi=I_p0+A_ISin(2πt_i/T)?(i=1,2,…,N)??????（1）

t_pi=t_p0+A_tpSin(2πt_i/T)?(i=1,2,…,N)?????（2）

其中，脈沖峰值電流為I_pi，初始值為I_p0，脈沖峰值時寬為t_pi，初始值為t_p0；

脈沖基值電流及其時間的關系式為：

I_bi=I_b0+A_ISin(2πt_i/T)?(i=1,2,…,N)???????（3）

t_bi=t_b0–A_tbSin(2πt_i/T)?(i=1,2,…,N)?????（4）

其中，脈沖基值電流為I_bi，初始值為I_b0，脈沖基值時寬為t_bi，初始值為t_b0；

Ｎ是一個正弦波周期中的脈沖電流個數，A_I為正弦波脈沖峰值電流和脈沖基值電流的振幅，A_tp為正弦波脈沖電流峰值時寬的振幅，A_tb為正弦波脈沖電流基值時寬的振幅；

所述數學模型的建立包括以下步驟：

1）設在每一個正弦波周期T內脈沖電流峰值個數為N，在每一個正弦波的正半周期和負半周期中的脈沖電流峰值個數分別為n’和n，n、n’和N為大于0的自然數，n’≥n，正弦波的正半周期與負半周期中的脈沖電流值個數之比記作m，則有n’=mn，N=mn+n=n(m+1)，并稱當m=1時為對稱正弦波調制脈沖MIG焊，當m>1時為非對稱正弦波調制脈沖MIG焊；

2）設正弦波脈沖電流峰值和基值持續時間的振幅均為A_t，并設定：A_t/t_p0為時間振幅系數，記作k_At，0≤k_At＜1；t_b0/t_p0為能量系數，記作k_t，k_t>0，則有

t_b0=k_t×t_p0???????????（5）

由于每個脈沖的電流值與其持續時間之積代表該脈沖的能量強度，其調制正弦波的振幅系數k_At和k_AI的調制目標和效果是一致的，故為了焊接過程中的參數一元化控制，設時間振幅系數和電流振幅系數相同，簡稱振幅系數，記作k_A，即有

k_At=k_AI=k_A????????????（6）；

3）脈沖峰值電流I_pi的數值大小主要是由其初始值I_p0決定，峰值大小變化由正弦函數Sin(2πt_i/T)調制，其變化幅度受振幅A_I限制；脈沖基值電流I_bi的大小主要是由其初始值I_b0決定，基值大小變化也由正弦函數Sin(2πt_i/T)調制，其變化幅度同樣受振幅A_I限制，由于–1≤Sin(2πt_i/T)≤1，則有

I_p0–A_I≤I_pi≤I_p0+A_I?(i=1,2,…,N)???????（7）

I_b0–A_I≤I_bi≤I_b0+A_I?(i=1,2,…,N)???????（8）；

4）選定初始值I_b0時，須使I_b0–A_I滿足最小維弧電流值，脈沖電流基值I_bi選定與脈沖電流峰值I_pi相同的正弦調制振幅A_I，使得脈沖電流峰值與基值之間的能量變化可調范圍倍增，進而有利于適用差異較大的焊接材料和焊接條件，引用公式（2）和（4）則有

t_pi+t_bi=t_p0+t_b0+(A_tp–A_tb)Sin(2πt_i/T)??????（9）

因為T=Σi=1N(tpi+tbi),]]>可得

T=N(tp0+tb0)+(Atp-Atb)Σi=1NSin(2πti/T)---(10);]]>

5）由于–1≤Sin(2πt_i/T)≤1，則有

t_p0–A_tp≤t_pi≤t_p0+A_tp?(i=1,2,…,N)

t_b0–A_tb≤t_bi≤t_b0+A_tb?(i=1,2,…,N)

若選定正弦波脈沖電流峰值時間的振幅A_tp和正弦波脈沖電流基值時間的振幅A_tb相同，均為A_t，即

A_tp=A_tb=A_t

則T=N(t_p0+t_b0)

t_pi=t_p0+A_tSin(2πt_i/T),(i=1,2,…,N)???????（11）

t_bi=t_b0–A_tSin(2πt_i/T),(i=1,2,…,N)??????（12）

t_p0–A_t≤t_pi≤t_p0+A_t?(i=1,2,…,N)?????????（13）

t_b0–A_t≤t_bi≤t_b0+A_t?(i=1,2,…,N)?????????（14）

當選定正弦波脈沖電流峰值時間的振幅A_tp為零時，即A_tp=0時，則有

T=N(tp0+tb0)-AtbΣi=1NSin(2πti/T)---(15)]]>

t_pi=t_p0=t₀?(i=1,2,…,N)???????????（16）

即正弦波脈沖電流峰值時間為恒值，恒等于初始值t_p0，設為恒定初始值t₀；

6）當A_tp=A_tb=A_t=0，t_p0=t₀≠t_b0時，則有脈沖峰值電流及其時間為：

I_pi=I_p0+A_ISin(2πt_i/T)?(i=1,2,…,N)

t_pi=t_p0=t₀?????????????(i=1,2,…,N)

脈沖基值電流及時間為：

I_bi=I_b0+A_ISin(2πt_i/T)?(i=1,2,…,N)

t_bi=t_b0?????????????(i=1,2,…,N)

若設t_b0=t_b0+(0≤Sin(2πt_i/T)時)，t_b0=t_b0﹣(Sin(2πt_i/T)＜0時)，t_b0+＜t_b0﹣，則此一情況相當于采用了正弦波調制，脈沖之間擁有平穩過渡，適用于輕質材料的雙脈沖焊接；

7）當A_I=0，A_tp=A_tb=A_t=0，t_p0=t_b0=t₀時，脈沖峰值電流及時間為：

I_pi=I_p0?????????(i=1,2,…,N)

t_pi=t_p0=t₀??????(i=1,2,…,N)

脈沖基值電流及其時間為：

I_bi=I_b0?????????(i=1,2,…,N)

t_bi=t_b0=t₀??????(i=1,2,…,N)

此一情況相當于需要降低能量輸入的單脈沖焊接。