[发明专利]一种采样全数字化电流型PID控制方法及控制电路

说明书

技术领域

本发明属于维弧控制技术领域，尤其涉及一种采样全数字化电流型PID控制方法及控制电路。

背景技术

目前，我国少数焊接设备厂商也有数字化焊接电源推出，但大多数都只是将单片机技术用于人机界面，根本谈不上数字化控制，能将MUC 和DSP 数字处理技术用于弧焊过程控制的可谓凤毛麟角，而且缺少真正的焊接工艺专家系统、焊接过程数据采集分析、焊接模型建立和算法理论支撑，技术水平尚处于低级状态。未来我国焊接行业将逐步与国际接轨，朝着逆变化、自动化、专业化、数字化方向发展，进一步适应焊接应用需求。

电流型控制的逆变焊机最早传入我国，其后发展较慢，主要是技术上的难点不少。目前例如：奥太、易特流、无夕小焊机都是电流型控制的，但是全是采用模拟电路来实现的。早些年，无夕有一品牌叫“火力神”是“单端电流型单环控制的弧焊机”，其原理是：SG3525的8脚软起动后,脉冲开启,单端双管电路工作，输出电感产生斜坡电流，一次侧电流互感器比例斜坡电流，形成Ui，Ue是直流调正电压，Ui>Ue时比较器反转，拉低SG3525的9脚，脉冲关闭，形成脉宽调正；另外还有一种电流型控制是使用UC3846、UC3842电流型PWM控制芯片。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种使电源快速响应，焊接过程可控性强，可仰止短路时的冲击电流，工作性能稳定、可靠的采样全数字化电流型PID控制方法，以及PWM的硬件电路简化，成本降低，可提高焊机的控制响应速度和焊接性能，工作更可靠，同时解决IGBT开通时电流尖峰较高的问题的控制电路。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为：

一种采样全数字化电流型PID控制方法，包括以下步骤：

a.获取固定给定信号；

b.获取电流采样反馈信号；

c. 将固定给定信号和电流采样反馈信号进行PID控制运算，得到占空比脉宽信号，并根据该占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理，实现对焊机实际输出的控制。

进一步地，所述获取电流采样反馈信号，具体为：使用TVS管对采样得到的电压进行吸收，使用电流互感器采样开关变压器的电流信号，通过全桥整流后经电阻取样后得到方波信号，作为反馈信号。

进一步地，所述PID控制运算是采集方波信号的平均值进行运算处理。

进一步地，在得到占空比脉宽信号后，先对该占空比脉宽信号进行放大处理，再根据该放大后的占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理。

进一步地，所述根据占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理，实现对焊机实际输出的控制，具体为：当电流突然增大时，反馈信号同时增大，若此时电压较低，焊机输出功率值还没达到设定的最大功率值，占空比脉宽信号对应的脉宽不会收窄，焊机输出功率最大；若此时电压升高，焊机输出功率值超过设定的最大功率值时，占空比脉宽信号对应的脉宽收窄，电流回到原来状态，此时焊机输出功率减少。

一种采样全数字化电流型PID控制电路，其特征在于，包括有一用于获取固定给定信号的编码器和一用于获取电流采样反馈信号的电流采样单元，以及一用于将固定给定信号和电流采样反馈信号进行PID控制运算，得到占空比脉宽信号，并根据该占空比脉宽信号对焊接电流、电压、功率的数据进行变换处理，实现对焊机实际输出的控制的PID控制单元。

进一步地，所述电流采样单元包括有一用于对采样得到的尖峰电压进行吸收的TVS管，一用于对开关变压器原边电流信号进行采样的电流互感器，一用于对采样的电流信号进行全桥整流的全桥整流器，以及一用于对全桥整流后的电流信号进行取样并得到方波信号的取样电阻，且所述TVS管、电流互感器、全桥整流器和取样电阻依次导通连接。

进一步地，所述PID控制单元为一单片机，包括有依次导通连接的PID控制算法器、PWM控制寄存器和PWM输出端口。

进一步地，所述PID控制单元为型号为STM32F100C8T6单片机。

进一步地，本控制电路还包括有放大电路，所述放大电路的输入端和输出端分别与所述PWM输出端口和电焊机的驱动变压器导通连接。

本发明通过上述技术方案，该控制方法即可实现对焊接电流，电压，功率的数据变换处理，让焊接过程可控，且通过对检测回来的数据处理，不同的误差范围采用不同的PD控制，通过分离积分，让电源快速更随和响应，焊接过程可控性强，同时仰止短路时的冲击电流，工作性能稳定、可靠。