一種采樣全數(shù)字化電流型PID控制電路制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)提供了一種采樣全數(shù)字化電流型PID控制電路，通過編碼器和電流采樣單元獲取一固定給定信號(hào)和開關(guān)變壓器原邊電流采樣反饋信號(hào)給電流型PWM控制芯片進(jìn)行PID控制運(yùn)算，得到占空比脈寬信號(hào)，并根據(jù)該占空比脈寬信號(hào)對(duì)焊接電流、電壓、功率的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)實(shí)際輸出的控制。這樣，本控制方法通過對(duì)檢測(cè)回來的數(shù)據(jù)處理，不同的誤差范圍采用不同的PD控制，并通過分離積分，讓電源快速更隨和響應(yīng)，讓焊接過程可控，仰止短路時(shí)的沖擊電流，工作性能穩(wěn)定、可靠；而且有效簡(jiǎn)化了PWM的硬件電路，降低成本，動(dòng)態(tài)響應(yīng)極快，提高了焊機(jī)的控制響應(yīng)速度和焊接性能，工作更可靠，解決IGBT開通時(shí)電流尖峰較高的問題。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于維弧控制
，尤其涉及一種采樣全數(shù)字化電流型PID控制電路。
技術(shù)介紹
目前，我國(guó)少數(shù)焊接設(shè)備廠商也有數(shù)字化焊接電源推出，但大多數(shù)都只是將單片機(jī)技術(shù)用于人機(jī)界面，根本談不上數(shù)字化控制，能將MUC和DSP數(shù)字處理技術(shù)用于弧焊過程控制的可謂鳳毛麟角，而且缺少真正的焊接工藝專家系統(tǒng)、焊接過程數(shù)據(jù)采集分析、焊接模型建立和算法理論支撐，技術(shù)水平尚處于低級(jí)狀態(tài)。未來我國(guó)焊接行業(yè)將逐步與國(guó)際接軌，朝著逆變化、自動(dòng)化、專業(yè)化、數(shù)字化方向發(fā)展，進(jìn)一步適應(yīng)焊接應(yīng)用需求。電流型控制的逆變焊機(jī)最早傳入我國(guó)，其后發(fā)展較慢，主要是技術(shù)上的難點(diǎn)不少。目前例如奧太、易特流、無夕小焊機(jī)都是電流型控制的，但是全是采用模擬電路來實(shí)現(xiàn)的。早些年，無夕有一品牌叫“火力神”是“單端電流型單環(huán)控制的弧焊機(jī)”，其原理是SG3525的8腳軟起動(dòng)后，脈沖開啟，單端雙管電路工作，輸出電感產(chǎn)生斜坡電流，一次側(cè)電流互感器比例斜坡電流，形成Ui，Ue是直流調(diào)正電壓，Ui>Ue時(shí)比較器反轉(zhuǎn)，拉低SG3525的9腳，脈沖關(guān)閉，形成脈寬調(diào)正；另外還有一種電流型控制是使用UC3846、UC3842電流型PWM控制-H-* I I心/T O
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本技術(shù)提供了一種使電源快速響應(yīng)，焊接過程可控性強(qiáng)，可仰止短路時(shí)的沖擊電流，工作性能穩(wěn)定、可靠的采樣全數(shù)字化電流型PID控制方法，以及PWM的硬件電路簡(jiǎn)化，成本降低，可提高焊機(jī)的控制響應(yīng)速度和焊接性能，工作更可靠，同時(shí)解決IGBT開通時(shí)電流尖峰較高的問題的控制電路。本技術(shù)解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為提供了一種采樣全數(shù)字化電流型PID控制電路，包括有一用于獲取固定給定信號(hào)的編碼器和一用于獲取電流采樣反饋信號(hào)的電流采樣單元，以及一用于將固定給定信號(hào)和電流采樣反饋信號(hào)進(jìn)行PID控制運(yùn)算，得到占空比脈寬信號(hào)，并根據(jù)該占空比脈寬信號(hào)對(duì)焊接電流、電壓、功率的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)實(shí)際輸出的控制的PID控制單元。進(jìn)一步地，所述電流采樣單元包括有一用于對(duì)采樣得到的尖峰電壓進(jìn)行吸收的TVS管，一用于對(duì)開關(guān)變壓器原邊電流信號(hào)進(jìn)行采樣的電流互感器，一用于對(duì)采樣的電流信號(hào)進(jìn)行全橋整流的全橋整流器，以及一用于對(duì)全橋整流后的電流信號(hào)進(jìn)行取樣并得到方波信號(hào)的取樣電阻，且所述TVS管、電流互感器、全橋整流器和取樣電阻依次導(dǎo)通連接。進(jìn)一步地，所述PID控制單元為一單片機(jī)，包括有依次導(dǎo)通連接的PID控制算法器、PWM控制寄存器和PWM輸出端口。進(jìn)一步地，所述PID控制單元為型號(hào)為STM32F100C8T6單片機(jī)。進(jìn)一步地，本控制電路還包括有放大電路，所述放大電路的輸入端和輸出端分別與所述PWM輸出端口和電焊機(jī)的驅(qū)動(dòng)變壓器導(dǎo)通連接。本技術(shù)通過上述技術(shù)方案，控制電路有效簡(jiǎn)化了 PWM的硬件電路，降低了硬件的成本，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)極快，從而提高焊機(jī)的控制響應(yīng)速度和焊接性能，工作更可靠，同時(shí)避免了電流檢測(cè)鎖存和PWM電路誤動(dòng)作的出現(xiàn)，解決IGBT開通時(shí)電流尖峰較高的問題；也避免了 “單端電流型單環(huán)控制的弧焊機(jī)”因單端電路半周期性工作，電流沖擊過大，漏感及分布電感都激發(fā)出難以克制的自感電壓；短路時(shí)最小脈寬無法控制、失控，變成開環(huán)，沖擊電流無法抑止的問題。附圖說明圖I是本技術(shù)實(shí)施例中所述采樣全數(shù)字化電流型PID控制方法的流程示意圖；圖2是本技術(shù)實(shí)施例所述采樣全數(shù)字化電流型PID控制電路的原理示意框圖；圖3是本技術(shù)實(shí)施例所述采樣全數(shù)字化電流型PID控制電路示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I中所示:本技術(shù)實(shí)施例所述的一種采樣全數(shù)字化電流型PID控制方法，包括以下步驟步驟A.獲取固定給定信號(hào)；步驟B.獲取電流采樣反饋信號(hào)；步驟C.將固定給定信號(hào)和電流采樣反饋信號(hào)進(jìn)行PID控制運(yùn)算，得到占空比脈寬信號(hào)，并根據(jù)該占空比脈寬信號(hào)對(duì)焊接電流、電壓、功率的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)實(shí)際輸出的控制。其中，所述獲取電流采樣反饋信號(hào)，具體可以為使用TVS管對(duì)采樣得到的電壓進(jìn)行吸收，使用電流互感器采樣開關(guān)變壓器的電流信號(hào)，通過全橋整流后經(jīng)電阻取樣后得到方波信號(hào)，作為反饋信號(hào)。所述PID控制運(yùn)算是采集方波信號(hào)的平均值進(jìn)行運(yùn)算處理，而且在得到占空比脈寬信號(hào)后，先對(duì)該占空比脈寬信號(hào)進(jìn)行放大處理，再根據(jù)該放大后的占空比脈寬信號(hào)對(duì)焊接電流、電壓、功率的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換處理。所述根據(jù)占空比脈寬信號(hào)對(duì)焊接電流、電壓、功率的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)實(shí)際輸出的控制，具體為當(dāng)電流突然增大時(shí)，反饋信號(hào)同時(shí)增大，若此時(shí)電壓較低，焊機(jī)輸出功率值還沒達(dá)到設(shè)定的最大功率值，占空比脈寬信號(hào)對(duì)應(yīng)的脈寬不會(huì)收窄，焊機(jī)輸出功率最大；若此時(shí)電壓升高，焊機(jī)輸出功率值超過設(shè)定的最大功率值時(shí)，占空比脈寬信號(hào)對(duì)應(yīng)的脈寬收窄，電流回到原來狀態(tài)，此時(shí)焊機(jī)輸出功率減少。這樣，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電流，電壓，功率的數(shù)據(jù)變換處理，讓焊接過程可控，且通過對(duì)檢測(cè)回來的數(shù)據(jù)處理，不同的誤差范圍采用不同的ro控制，通過分離積分，讓電源快速更隨和響應(yīng)，焊接過程可控性強(qiáng)，同時(shí)仰止短路時(shí)的沖擊電流，工作性能穩(wěn)定、可靠。如圖2和圖3中所示本技術(shù)實(shí)施例所述的一種采樣全數(shù)字化電流型PID控制電路，包括有編碼器I、電流采樣單元2和PID控制單元3，且所述編碼器I和電流采樣單元2與PID控制單元3導(dǎo)通連接。其中，所述編碼器I (如型號(hào)為20R20, K1A15F6)主要用于獲取固定給定信號(hào)，并輸送給PID控制單元3 ;所述電流采樣單元2主要用于獲取電流采樣反饋信號(hào)，并輸送給PID控制單元3，包括有一用于對(duì)采樣得到的尖峰電壓進(jìn)行吸收的TVS管(如型號(hào)為ESD5Z3. 3T1，G*) 21，一用于對(duì)開關(guān)變壓器原邊電流信號(hào)進(jìn)行米樣的電流互感器(如型號(hào)為T22*14*8-C, HGQ200:1) 22，一用于對(duì)采樣的電流信號(hào)進(jìn)行全橋整流的全橋整流器23，以及一用于對(duì)全橋整流后的電流信號(hào)進(jìn)行取樣并得到方波信號(hào)的取樣電阻24，且所述TVS管21、電流互感器22、全橋整流器23和取樣電阻24依次導(dǎo)通連接；所述全橋整流器23由四個(gè)貼片二極管(如型號(hào)為1N4148 二極管)構(gòu)成，所述取樣電阻24由四個(gè)22 Ω封裝的貼片電阻(如1206的貼片電阻)并聯(lián)構(gòu)成；所述PID控制單元3為一單片機(jī)(如型號(hào)為STM32F100C8T6)，主要用于將固定給定信號(hào)和電流采樣反饋信號(hào)進(jìn)行PID控制運(yùn)算，得到占空比脈寬信號(hào)(即數(shù)字驅(qū)動(dòng)序號(hào))，并根據(jù)該占空比脈寬信號(hào)對(duì)焊接電流、電壓、功率的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)實(shí)際輸出的控制，其包括有依次導(dǎo)通連接的PID控制算法器31、PWM控制寄存器32和PWM輸出端口33。本控制電路還包括有放大電路(如型號(hào)為MOSFET A04612)4，所述放大電路4的輸入端和輸出端分別與所述PWM輸出端口 33和電焊機(jī)的驅(qū)動(dòng)變壓器導(dǎo)通連接。如圖3，本技術(shù)所述的PID控制電路的電流互感器22的采樣得到的原邊電流信號(hào)經(jīng)過二極管D16 D19及電阻R31 R34處理后直接輸入MCU的引腳PAO-WKU P，同時(shí)前面板的編碼器I也給MCU —個(gè)給定信號(hào)，MCU內(nèi)部將這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，MCU的引腳PA8和引腳PA9輸出兩個(gè)脈寬大小一致且本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種采樣全數(shù)字化電流型PID控制電路，其特征在于，包括有一用于獲取固定給定信號(hào)的編碼器（1）和一用于獲取電流采樣反饋信號(hào)的電流采樣單元（2），以及一用于將固定給定信號(hào)和電流采樣反饋信號(hào)進(jìn)行PID控制運(yùn)算，得到占空比脈寬信號(hào)，并根據(jù)該占空比脈寬信號(hào)對(duì)焊接電流、電壓、功率的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊機(jī)實(shí)際輸出的控制的PID控制單元（3）。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邱光，王巍，楊少軍，王科海，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：深圳市瑞凌實(shí)業(yè)股份有限公司，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：