逆變電路數(shù)字信號論文

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1有限雙極性控制

全橋逆變器采用的是絕緣柵雙極晶體管，控制方式為有限雙極性控制[4]，如圖2所示。全橋逆變器的工作原理為：接通任一橋臂的兩個絕緣柵雙極晶體管，如IGBT1和IGBT3，接通時間ton，其值為DTs/2，（D為占空比，Ts為交替接通周期）。另一橋臂的晶體管IGBT2和IGBT4依次接通Ts/2。除IGBT1與IGBT4同時接通或IGBT2與IGBT3同時接通外，高頻變壓器的一次電壓和輸出電壓均為零。受負載電感的影響，負載處在一個交替接通周期內(nèi)可以形成穩(wěn)定的恒定電流。脈寬調(diào)制脈沖的寬度和負載的性質(zhì)共同決定了負載電流的大小。在晶體管IGBT2和IGBT4的脈寬調(diào)制波形設(shè)置一個死區(qū)時間，以防所有開關(guān)管同時接通而產(chǎn)生短路。輸出電流的調(diào)節(jié)通過IGBT1和IGBT3驅(qū)動信號的脈寬調(diào)節(jié)。

2數(shù)字脈寬調(diào)制

作為逆變電路的核心，輸入信號經(jīng)脈寬調(diào)制器與給定值比較后，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄕ伎毡鹊拿}沖信號輸出并驅(qū)動電路，進而對整個逆變電源的輸出進行調(diào)整和控制。數(shù)字信號處理器中自帶有脈寬調(diào)制模塊，該模塊中具有8個I/O引腳，組成編號為PWM1H/PWM1L、PWM2H/PWM2L、PWM3H/PWM3L、PWM4H/PWM4L的4個高/低端引腳對，并分別由4個占空比發(fā)生器控制。I/O引腳對低端與高端的狀態(tài)在負載互補時恰好相反。脈寬調(diào)制模塊具有4種工作模式，能夠?qū)崿F(xiàn)有限雙極性控制。數(shù)字脈寬調(diào)制流程如圖3所示，其工作模式由脈寬調(diào)制時基控制寄存器設(shè)定。引腳對PWM1H/PWM1L設(shè)置為遞增/遞減模式時，可以控制全橋逆變器中的晶體管IGBT2和IGBT4；引腳對PWM2H/PWM2L設(shè)置為雙更新模式時，可以控制全橋逆變器中的晶體管IGBT1和IGBT3。無論何種工作模式，脈寬調(diào)制的定時周期均通過控制寄存器實現(xiàn)。IGBT2和IGBT4的占空比由占空比寄存器1設(shè)定，并在有限雙極性控制模式下設(shè)置為1；IGBT1和IGBT3的占空比由占空比寄存器2設(shè)定，并在有限雙極性控制模式下不斷更新，其更新數(shù)據(jù)由PI控制模塊根據(jù)反饋電流或電壓計算得到。脈寬調(diào)制時基控制寄存器的值在實時控制過程中不斷增加，并不斷與占空比寄存器的值進行比較，直至兩者相等時輸出脈寬調(diào)制信號，并通過設(shè)置置位比較控制寄存器將輸出信號分為低有效和高有效。通過設(shè)置脈寬調(diào)制模塊自帶死區(qū)時間發(fā)生器的控制位，可以為PWM1H/PWM1L的死區(qū)時間設(shè)置插入位置和大小。2.3PI調(diào)節(jié)對于對象為慣性環(huán)節(jié)或滯后環(huán)節(jié)的連續(xù)控制系統(tǒng)，理想的控制方法是比例+積分（PI）控制，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定后不會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差。由于高頻逆變電源的對象為二階慣性環(huán)節(jié)，因此適于采用增量式PI控制[5]。在由數(shù)字信號處理器控制的逆變電路中，采用軟件得到的高頻方波信號具有精準(zhǔn)的占空比和頻率，如圖4所示。圖中Ig和If分別為基準(zhǔn)電流和實測電流，e為兩者的差值，即電流偏差，Ig為數(shù)字信號處理器產(chǎn)生的方波電流。PI調(diào)節(jié)的執(zhí)行機構(gòu)和控制對象分別為脈寬調(diào)制模塊和全橋逆變電路。即將電流偏差e輸入PI控制器，由脈寬調(diào)制模塊輸出脈沖信號，以調(diào)節(jié)逆變電路的交替接通，進而控制電流。

3實驗研究

該點焊實驗以自制的高頻逆變電路為電源，實際負載采用電阻箱，逆變電路采用有限雙極性控制功率，電壓波形如圖5所示。三段焊電流具有緩慢升降的作用，可用于復(fù)雜動態(tài)焊接過程，提高焊接工藝水平。三段焊電流的實現(xiàn)通過三個不同參數(shù)的設(shè)置實現(xiàn)，如圖6所示。電流波形的電流和時間分別設(shè)置為：1.0kA、6.5ms，1.5kA、7.0ms，2.0kA、8.0ms。跡示教的軌跡存儲功能，能夠完成不規(guī)則焊縫的多層多道焊接。（3）進行了盾體焊接及切割試驗，獲取了相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)，驗證了所研發(fā)焊接/切割機器人應(yīng)用于盾體焊縫自動焊接及切割的可行性。

作者：劉曉芳趙紅梅單位：河南城建學(xué)院