ARM控制的数字化逆变焊机PWM脉冲实现研究--李志刚.docVIP

ARM控数字化摘要： 关键词：数字化控制 逆变焊机 PWM脉冲 ARM GALStudy on the PWM of digital inverter power supply for CO2 arc welding based on ARM controller LI Zhi-gang, CHEN Yu-xi, SHI Hong-xin, ZHU Jin-hong (School of Materials Science and Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003) Abstract: The difficult of implementation, controllability and stability of PWM play significant impact on the performance of waveform controlled welder.Singal channel pulse is produced by the PWM module of the control core (LPC2131) of this welder, then it was changed into twin-channel PWM through peripheral circuit, and it also can be regulated in accordance with the welder working state before outputting. The experiment and simulation results showed the consistency of the measured waveform and simulation waveform. It proves that the system has a series of advantages, such as high performance、 stabilization、reliability. Key words: digitized control, inverter welder, PWM, ARM, GAL 0 引言 在焊接电源中采用数字化控制，具有灵活、精确、稳定可靠和集成度高等特点，为焊接设备小体积、轻质量，焊接工艺稳定性和良好的工艺效果提供了必要条件。焊接电源的数字化主要表现在三个方面[1]：电源主电路的数字化、电源控制电路的数字化、电源专家系统的数字化。主电路的数字化主要表现在以功率开关器件为核心的逆变部分，节能降耗优势显著；电源控制电路的数字化主要表现在以MCU、DSP、ARM为控制核心的应用上，以集成元件代替分立元件，系统精度高，稳定性好。同时，控制电路的数字化为电源专家系统的数字化提供了基础，主要表现在多输出特性和一元化参数调节的多功能焊机方面。各个部分需要协调运作，主电路为焊机提供功率输出，控制电路为中枢，专家系统为灵魂，灵魂通过中枢传达直至输出。 波形控制技术是CO2焊机发展的趋势和重点，随着电力电子技术和计算机技术的成熟与发展，波形控制法从传统的控制电流上升率和瞬时短路电流的方法演变到新型表面张力控制法（STT）、能量控制法以及焊接波形的动态控制[2]，正在逐渐实现从粗略控制到精细控制，从准确控制到动态调整的发展。焊接专家系统产生的信号通过控制电路的传递和转换，驱动主电路功率开关器件，使焊机主电路产生相应的输出。对于目前所应用的逆变电源，主要是通过PWM方式控制功率器件通断的频率及占空比，实时得出相应的控制波形[3]。显然PWM控制脉冲的实现难易性、可控性和稳定性对波形控制焊机的性能起着重要影响。有鉴于此，我们以LPC2131(ARM)为控制核心，利用其内部的PWM模块产生脉冲并进行外围处理，可按照焊机的工作状态进行相应调节和输出。本文详细介绍了PWM桥式逆变器控制脉冲的实现方案，并通过仿真和实测验证了设计的可行性。 1．基于ARM的单路PWM脉冲产生 为使全桥逆变电源正常工作，需要两路PWM分别驱动两组开关器件以实现通断状态控制。通常的数字化控制方式为用单片机产生具有一定相位关系而又相对独立的两路PWM脉冲分别控制两组开关器件的通断状态，该方法占用系统资源，且容易因干扰致使两路PWM相位关系受到破坏，使焊机工作不稳定，严重则产生直通，烧损器件，带来严重影响[4]。因此，PWM脉冲的产生及组合方式尤为重要。 图1．弧焊逆变器及PWM脉冲产生电路 基于以上问题的考虑，设计了一种基于ARM微处理器LPC2131的PWM脉冲产生及中间转换电路。图1为系统原理图。ARM嵌入式处理