專利名稱：一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)屬于焊接設(shè)備領(lǐng)域，適用于埋弧焊電弧電壓反饋送絲技術(shù)。
背景技術(shù)：
在埋弧焊系統(tǒng)中，焊絲前端與工件之間有燃燒的電弧，焊絲端頭在電弧 的熱作用下熔化，熔化的鐵水過渡到焊縫中，隨著焊絲熔化，送絲機要不斷 送進焊絲，以維持焊絲端頭至工件的距離基本不變，否則會損壞焊縫質(zhì)量， 嚴重時電弧將熄滅，破壞穩(wěn)定的焊接過程。由于焊絲端頭至工件的距離與電 弧電壓成正比，因此用電弧電壓做測量電弧長度的傳感器，由伺服電機驅(qū)動 的送絲機做執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)過程為在確定的參考電壓下，當測量的電弧值 大于參考電壓，反應(yīng)出焊絲端頭至工件的距離變長，此時控制系統(tǒng)加快電機 轉(zhuǎn)速，從而加快送絲速度，使焊絲端頭至工件的距離變短，恢復(fù)到預(yù)期的參 考值；反之亦然。這種調(diào)節(jié)電機送絲速度控制電弧長度的方式被稱之為弧壓 反饋送絲。這種技術(shù)目前存在的問題是在這種控制系統(tǒng)中，對控制系統(tǒng)的 主要擾動為焊絲端頭不斷熔化的鐵水液滴向焊縫的過渡，此過程稱熔滴過渡。 熔滴過渡會改變電弧電壓的數(shù)值，頻繁地對焊絲端頭至工件的距離測量形成 干擾，此外，整個控制系統(tǒng)由于電弧的存在無法用數(shù)學(xué)模型描述。由于這些 特點，現(xiàn)有埋弧焊控制有的過于復(fù)雜，比如采用3個閉環(huán)控制的方法，如
ZL200510023284.7;有的簡單但控制精度低，調(diào)節(jié)器的閉環(huán)放大倍數(shù)在10
倍以下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡單、控制精度高的埋弧焊弧壓反饋送絲方法 及電路。
為達到目的，本控制方法包括控制環(huán)節(jié)l，送絲電機環(huán)節(jié)2及電弧區(qū) 3?？刂骗h(huán)節(jié)1通過運算參考信號Vref及電弧電壓反饋信號Vf確定其輸出
信號，送絲電機環(huán)節(jié)2將控制環(huán)節(jié)1的輸出信號功率放大后驅(qū)動送絲電機，送 絲電機將埋弧焊絲送入電弧區(qū)3，電弧區(qū)3輸出電弧電壓反饋信號Vf，其特征 在于所說控制環(huán)節(jié)1由一個外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1及一個內(nèi)環(huán)控制器1. 2構(gòu)成， 外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1的輸入端接參考電壓信號Vref及電弧電壓反饋信號Vf ，調(diào) 節(jié)器1. 1通過運算Vref與Vf的差值確定輸出信號；所說送絲電機環(huán)節(jié)2還 輸出與電機電樞電流成比例的電流反饋信號If，內(nèi)環(huán)控制器1.2具有電流型 P麗控制功能，其通過運算外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出信號及電流反饋信號If確定其 輸出的P麗信號，此輸出信號接送絲電機環(huán)節(jié)2。
考慮到送絲電機在低速旋轉(zhuǎn)時容易出現(xiàn)失穩(wěn)，可以在外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1的 輸入端與內(nèi)環(huán)控制器1. 2的輸出端之間加入具有阻尼功能的校正環(huán)節(jié)4。 校正環(huán)節(jié)4可濾除控制器1.2的輸出信號中的低頻分量，其輸入端與控制器 1. 2的輸出端連接，其輸出信號Vm與外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1連接，外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1 通過運算參考信號Vref，弧壓反饋信號Vf及校正環(huán)節(jié)4的輸出信號Vm確定輸 出信號。
上述的外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1可以是比例調(diào)節(jié)器或比例積分調(diào)節(jié)器。 所述的校正環(huán)節(jié)4可以是一階高通濾波器。
依照上述方法可實現(xiàn)下面的埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電路，電路包括 控制環(huán)節(jié)1，由半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動送絲電機構(gòu)成的送絲電機環(huán)節(jié)2，及焊接電弧 區(qū)3，控制環(huán)節(jié)1的輸入端接參考信號Vref及電弧電壓反饋信號Vf ，控制環(huán) 節(jié)1的輸出端接送絲電機環(huán)節(jié)2,送絲電機環(huán)節(jié)2將焊絲送入電弧區(qū)3，電 弧區(qū)3輸出電壓反饋信號Vf;其特征在于所說控制環(huán)節(jié)l由一個外環(huán)調(diào)節(jié) 器1. 1和一個內(nèi)環(huán)控制器1. 2構(gòu)成，所說控制器1. 2具有電流型P麗控制功 能；外環(huán)調(diào)節(jié)器l.l的輸入端接參考信號Vref及電弧電壓反饋信號Vf，外 環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1的輸出端接內(nèi)環(huán)控制器的1. 2 —個輸入端，所說送絲電機環(huán)節(jié)2 還有一個電流傳感器，其輸出與送絲電機的電樞電流成比例的反饋電流信號 If，反饋電流信號If接控制器1. 2的另一個輸入端.控制器1. 2的輸出端接 送絲電機環(huán)節(jié)2中半導(dǎo)體開關(guān)器件的控制極，半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動送絲電機，送
絲電機將焊絲送入電弧區(qū)3。
在外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1的輸入端與內(nèi)環(huán)控制器1. 2的輸出端之間加入具有阻 尼功能的校正環(huán)節(jié)4。校正環(huán)節(jié)4可濾除內(nèi)環(huán)控制器1. 2的輸出信號中的低 頻分量，其輸入端與內(nèi)環(huán)控制器1.2的輸出端連接，其輸出信號Vm與外環(huán)調(diào) 節(jié)器1. 1連接，外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1通過運算參考信號Vref 、弧壓反饋信號Vf 、 校正環(huán)節(jié)4的輸出信號Vm確定輸出信號。
所述的校正環(huán)節(jié)4可以是一階高通濾波器。 一階高通濾波器由電阻和電 容串聯(lián)的電路組成。
上述的外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1可以是比例調(diào)節(jié)器或比例積分調(diào)節(jié)器。
上述的內(nèi)環(huán)控制器1.2為電流型P麗控制電路，由比較器電路、接比較
器中一個輸入端的斜波補償電路及輸入端接比較器輸出的RS觸發(fā)器電路構(gòu) 成。采用電流型P麗控制芯片UC3846及外圍電路可構(gòu)成具有斜波補償?shù)碾娏?型P麗控制電路。
本發(fā)明的有益效果是由于是雙環(huán)反饋，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，因此在 外環(huán)可以使用比例積分調(diào)節(jié)器或高精度比例調(diào)節(jié)器。此方案不僅控制相對簡 單，同時也可達到提高控制精度的目的。另外，由于加入具有阻尼功能的校 正環(huán)節(jié)，可避免送絲電機在低速旋轉(zhuǎn)時容易出現(xiàn)失穩(wěn)的問題。


圖l是本發(fā)明的原理框圖。 圖2是實施例原理圖
圖3是電流型P麗集成芯片UC33846的外部接線圖。
圖中，1、控制環(huán)節(jié)，1.1、外環(huán)調(diào)節(jié)器，1.2、內(nèi)環(huán)控制器，2、送絲電 機環(huán)節(jié)，3、電弧區(qū)，3.1、電弧，3.2、焊絲，4、校正環(huán)節(jié)。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的實施方案。
在圖1中，埋弧焊弧壓反饋送絲的控制方案由外反饋環(huán)和內(nèi)反饋環(huán)構(gòu)成， 外反饋環(huán)有一個外環(huán)調(diào)節(jié)器l.l，采用電弧電壓Vf作為反饋信號；內(nèi)反饋環(huán) 有一個內(nèi)環(huán)控制器1.2，以送絲電機的工作電流(電樞電流)If為反饋信號，內(nèi)
環(huán)控制器1.2具有電流型P麗功能，輸出P麗開關(guān)信號；外環(huán)調(diào)節(jié)器l.l和 內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器1. 2構(gòu)成控制環(huán)節(jié)1。內(nèi)環(huán)控制器1. 2輸出的P麗開關(guān)信號連接 送絲電機環(huán)節(jié)2中的半導(dǎo)體開關(guān)Q2。半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動送絲電機旋轉(zhuǎn)，電機的 工作電流是內(nèi)反饋環(huán)的反饋電流If。送絲電機使焊絲不斷進入電弧區(qū)3，電 弧區(qū)3輸出外環(huán)的反饋信號Vf 。校正環(huán)節(jié)4將內(nèi)環(huán)控制器1. 2的輸出信號中 的低頻分量濾除，并將其反饋到外環(huán)調(diào)節(jié)器l.l，起阻尼作用，避免送絲電 機在低速旋轉(zhuǎn)時容易出現(xiàn)失穩(wěn)的問題。
圖2是本方案的實施例。圖中，Rl.l、 R1.2、 Rl. 3、 R1.4、 R2. 1、 R3. 1、 R3, 2、 R4. 1是電阻。Cl. 1、 Cl. 2、 C3. 1、 C4. 1是電容。Opl. 1是運算放大器； Cpl. 2是比較器；Ql. 2是RS觸發(fā)器，其S端接同步時鐘信號；Q2是半導(dǎo)體 開關(guān)器件，D2是蓄流二極管，M2是送絲電動機，T2是電流傳感器。外環(huán)調(diào) 節(jié)器1. 1采用由運算放大器0pl及電阻、電容構(gòu)成的比例積分調(diào)節(jié)器，其輸入 端接參考信號Vref及電壓反饋信號Vf 。內(nèi)環(huán)控制器1. 2有一個比較器及一 個RS觸發(fā)器。內(nèi)環(huán)控制器是具有電流型P麗控制功能的控制器，當P麗信號 的開關(guān)工作比大于50%時，再加入圖中斜波補償電路可以抑制諧波失穩(wěn)。電 流型P麗控制技術(shù)及對電流反饋信號If的斜波補償技術(shù)都是公知的技術(shù)。外 環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1的輸出信號接內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器1. 2中比較器Cpl. 2的一個輸入端， 反饋電流信號If經(jīng)過斜波補償后接比較器Cpl. 2的另一輸入端。斜波補償電 路參見圖3。內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器1.2的輸出信號與開關(guān)器件Q2連接，Q2采用麗0S 器件。Q2控制送絲電動機M2旋轉(zhuǎn)。電流傳感器T2輸出與電機的工作電流成 比例的反饋信號If。電動機M2使焊絲3.2不斷進入燃燒的電弧3.1。電弧區(qū) 3經(jīng)電阻R3. 1、 R3.2，電容C3. l輸出與電弧電壓成比例的反饋電壓信號Vf。
由于埋弧焊工藝要求送絲速度能在一個很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，在慢速送絲 的情況下，使用上述方案組成的電路有時會出現(xiàn)送絲控制系統(tǒng)失穩(wěn)。為克服
此缺點，在以上電路基礎(chǔ)上增加了具有阻尼功能的校正環(huán)節(jié)4，使送絲控制系 統(tǒng)在所有速度條件下均能工作在穩(wěn)定狀態(tài)。校正環(huán)節(jié)4由電阻R4. 1與電容 C4. 1串聯(lián)而成，其功能是濾除開關(guān)信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2的輸出信號中的低頻分量， 其輸入端與內(nèi)環(huán)控制器1. 2的輸出端連接，其輸出信號Vm與外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1 的輸入端連接，外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1通過運算參考信號Vref，弧壓反饋信號Vf及 校正環(huán)節(jié)4的輸出信號Vm確定輸出信號。Vm信號的阻尼作用是指當誤差信號 使控制環(huán)節(jié)1的輸出變化時，Vm信號阻礙控制環(huán)節(jié)1的輸出變化。
具體的實施例l: Rl.l=20kQ、 R1.2二20kQ、 R1.3二200kQ、 R1.4二200k Q、 R2. 1=100 Q、 R3. l=1.8kQ、 R3.2=0.2kQ、 R4. l=40kQ;
CI. 1=0. 47uF、 C1.2=0. OluF、 C3. l=47uF、 C4. 1=2. 2uF;
Q2， IRFP360; D2， FR307; T2，CHB-25NP/SP8。
實施例2:在圖2中將積分電容CI. 1短路，調(diào)節(jié)器1. 1就成了比例調(diào)節(jié) 器，其特點是響應(yīng)速度快。R1.3=1000kQ、 R1.4二1000kQ， R4. l=100kQ， C4.1=1.5uF。其余參數(shù)與上例相同。比例調(diào)節(jié)器的優(yōu)點是相應(yīng)速度較快。
圖3是UC3846外部接線圖。UC3846是電流型P麗控制芯片，該芯片將內(nèi) 環(huán)控制器1. 2的功能集成在一起，方便使用。芯片原理圖、符號說明及使用 方法可參看生產(chǎn)廠家提供的使用說明。通過在芯片外部連接R1. 5、R1. 6及R1. 7 構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)對反饋電流If的斜波補償。使用該芯片時，將圖2中 控制器1. 2取消，圖2中Opl. 1的輸出端接UC3846芯片的EA+端，圖3中的輸 出端OUT接圖2中開關(guān)器件Q2及校正環(huán)節(jié)4的輸入端，圖3中的If接電流 傳感器T2的輸出端。
圖3中RT、CT是振蕩電阻、電容，設(shè)計方法見芯片使用說明。圖中R1.5、 R1.6、 R1.7是用于斜波補償?shù)碾娮?。R1.8是輸出端下拉電阻。
一個具體實施例是Ri. 5=3k、 Rl. 6=0. 51k、 Rl. 7=4. 7k、 Rl. 8二2k、 RT=4. 2k、 CT=0. luFo
權(quán)利要求
1.一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制方法，本控制方法包括控制環(huán)節(jié)(1)，送絲電機環(huán)節(jié)(2)及電弧區(qū)(3)；控制環(huán)節(jié)(1)通過運算參考信號Vref及電弧電壓反饋信號Vf確定其輸出信號，送絲電機環(huán)節(jié)(2)將控制環(huán)節(jié)(1)的輸出信號功率放大后驅(qū)動送絲電機，送絲電機將埋弧焊絲送入電弧區(qū)(3)，電弧區(qū)(3)輸出電弧電壓反饋信號Vf，其特征在于所說控制環(huán)節(jié)(1)由一個外環(huán)調(diào)節(jié)器(1.1)及一個內(nèi)環(huán)控制器(1.2)構(gòu)成，外環(huán)調(diào)節(jié)器(1.1)的輸入端接參考電壓信號Vref及電弧電壓反饋信號Vf，調(diào)節(jié)器(1.1)通過運算Vref與Vf的差值確定輸出信號；所說送絲電機環(huán)節(jié)(2)還輸出與電機電樞電流成比例的電流反饋信號If，內(nèi)環(huán)控制器(1.2)具有電流型PWM控制功能，其通過運算外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出信號及電流反饋信號If確定其輸出的PWM信號，此輸出信號接送絲電機環(huán)節(jié)(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制方法，其特征在 于本控制方法還有一個校正環(huán)節(jié)(4)，功能是濾除控制器(1.2)的輸出 信號中的低頻分量，其輸入端與控制器(1.2)的輸出端連接，其輸出信號 Vm與外環(huán)調(diào)節(jié)器(l. l)連接，外環(huán)調(diào)節(jié)器(l.l)通過運算參考信號Vref， 弧壓反饋信號Vf及校正環(huán)節(jié)(4)的輸出信號Vm確定輸出信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制方法，其特 征在于所述的外環(huán)調(diào)節(jié)器(l. l)為比例調(diào)節(jié)器或比例積分調(diào)節(jié)器。
4. 一種實現(xiàn)方法1的埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電路，該反饋控制電路包 括.-控制環(huán)節(jié)(l)，由半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動送絲電機構(gòu)成的送絲電機環(huán)節(jié)(2)， 及焊接電弧區(qū)(3)，控制環(huán)節(jié)(1)的輸入端接參考信號Vref及電弧電壓反 饋信號Vf ，控制環(huán)節(jié)(l)的輸出端接送絲電機環(huán)節(jié)(2)，送絲電機環(huán)節(jié)(2) 將焊絲送入電弧區(qū)(3)，電弧區(qū)(3)輸出電壓反饋信號Vf;其特征在于 所說控制環(huán)節(jié)(l)由一個外環(huán)調(diào)節(jié)器(1.1)和一個內(nèi)環(huán)控制器(1.2)構(gòu) 成，所說控制器(1.2)具有電流型P麗控制功能；外環(huán)調(diào)節(jié)器(l. l)的輸 入端接參考信號Vref及電弧電壓反饋信號Vf ，外環(huán)調(diào)節(jié)器(l. 1)的輸出 端接內(nèi)環(huán)控制器的(l. 2)—個輸入端，所說送絲電機環(huán)節(jié)(2)還有一個電 流傳感器，其輸出與送絲電機的電樞電流成比例的反饋電流信號If，反 饋電流信號If接控制器(1.2)的另一個輸入端，控制器(1.2)的輸出端 接送絲電機環(huán)節(jié)(2)中半導(dǎo)體開關(guān)器件的控制極，半導(dǎo)體開關(guān)驅(qū)動送絲 電機，送絲電機將焊絲送入電弧區(qū)(3)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電路，其特征在 于在外環(huán)調(diào)節(jié)器(l. 1)的輸入端與內(nèi)環(huán)控制器(1.2)的輸出端之間還有 一個可濾除內(nèi)環(huán)控制器(l. 2)的輸出信號中的低頻分量的校正環(huán)節(jié)(4)， 其輸入端與內(nèi)環(huán)控制器(l. 2)的輸出端連接，其輸出信號Vm與外環(huán)調(diào)節(jié) 器(l.l)連接，外環(huán)調(diào)節(jié)器(l.l)通過運算參考信號Vref、弧壓反饋信號 Vf及校正環(huán)節(jié)(4)的輸出信號Vm確定輸出信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電路，其特征在 于所述的校正環(huán)節(jié)(4)為一階高通濾波器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電路，其特征在 于所述的一階高通濾波器由電阻和電容串聯(lián)的電路組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項所述的一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電路， 其特征在于所述的外環(huán)調(diào)節(jié)器(l. l)是一個比例調(diào)節(jié)器或比例積分調(diào)節(jié) 器
9.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項所述的一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電 路，其特征在于所述的內(nèi)環(huán)控制器(1.2)由比較器電路、接比較器中一 個輸入端的斜波補償電路及輸入端接比較器輸出的RS觸發(fā)器電路構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中任一項所述的一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電路， 其特征在于所述的內(nèi)環(huán)控制器(l. 2)可采用電流型PWM控制芯片UC3846 及外圍電路構(gòu)成。
全文摘要
一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制方法及電路，屬于焊接設(shè)備領(lǐng)域，適用于埋弧焊電弧電壓反饋送絲技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)由外環(huán)調(diào)節(jié)器1.1、內(nèi)環(huán)控制器1.2組成的控制環(huán)節(jié)1，送絲電機環(huán)節(jié)2及電弧區(qū)3構(gòu)成。該方法的特征是采用雙閉環(huán)負反饋控制，外環(huán)有一個外環(huán)調(diào)節(jié)器1.1，其輸入端接參考信號Verf及電弧區(qū)3輸出的電弧電壓反饋信號Vf。內(nèi)反饋環(huán)有一個內(nèi)環(huán)控制器1.2，內(nèi)環(huán)控制器1.2是具有電流型PWM控制功能的控制器。外環(huán)調(diào)節(jié)器1.1接內(nèi)環(huán)控制器1.2的一個輸入端，送絲電機環(huán)節(jié)2輸出的電流反饋信號If接內(nèi)環(huán)控制器1.2的另一個輸入端。送絲電機環(huán)節(jié)2將控制器1.2的輸出信號進行功率放大后驅(qū)動送絲環(huán)節(jié)2中送絲電機，送絲電機將焊絲送入電弧區(qū)3。本方法的優(yōu)點是相對簡單，控制精度高。
文檔編號B23K9/095GK101352777SQ200810119679
公開日2009年1月28日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者李西恭, 趙智江, 祁 邱, 黃鵬飛 申請人:北京工業(yè)大學(xué)