專(zhuān)利名稱(chēng)：一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電路的制作方法
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(guò)渡到焊縫中，隨著焊絲熔化，送絲機(jī)要不斷 送進(jìn)焊絲，以維持焊絲端頭至工件的距離基本不變，否則會(huì)損壞焊縫質(zhì)量， 嚴(yán)重時(shí)電弧將熄滅，破壞穩(wěn)定的焊接過(guò)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(cè)量電弧長(zhǎng)度的傳感器，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 的送絲機(jī)做執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)過(guò)程為在確定的參考電壓下，當(dāng)測(cè)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(zhǎng)，此時(shí)控制系統(tǒng)加快電機(jī) 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(jī)送絲速度控制電弧長(zhǎng)度的方式被稱(chēng)之為弧壓 反饋送絲。這種技術(shù)目前存在的問(wèn)題是在這種控制系統(tǒng)中，對(duì)控制系統(tǒng)的 主要擾動(dòng)為焊絲端頭不斷熔化的鐵水液滴向焊縫的過(guò)渡，此過(guò)程稱(chēng)熔滴過(guò)渡。 熔滴過(guò)渡會(huì)改變電弧電壓的數(shù)值，頻繁地對(duì)焊絲端頭至工件的距離測(cè)量形成 干擾，此外，整個(gè)控制系統(tǒng)由于電弧的存在無(wú)法用數(shù)學(xué)模型描述。由于這些 特點(diǎn)，現(xiàn)有埋弧焊控制有的過(guò)于復(fù)雜，比如采用3個(gè)閉環(huán)控制的方法，如
ZL200510023284.7;有的簡(jiǎn)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
本實(shí)用新型的目的是提供一種簡(jiǎn)單、控制精度高的埋弧焊弧壓反饋送絲 方法及電路。
本實(shí)用新型中埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電路包括控制環(huán)節(jié)1，由半
導(dǎo)體開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)送絲電機(jī)構(gòu)成的送絲電機(jī)環(huán)節(jié)2，及焊接電弧區(qū)3，控制環(huán)節(jié)1
4的輸入端接參考信號(hào)Vref及電弧電壓反饋信號(hào)Vf ，控制環(huán)節(jié)1的輸出端接 送絲電機(jī)環(huán)節(jié)2，送絲電機(jī)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(hào)Vf;其特征在于所說(shuō)控制環(huán)節(jié)1由一個(gè)外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1和一個(gè)內(nèi) 環(huán)控制器1. 2構(gòu)成，所說(shuō)控制器1. 2具有電流型P麵控制功能；外環(huán)調(diào)節(jié)器 1. 1的輸入端接參考信號(hào)Vref及電弧電壓反饋信號(hào)Vf ，外環(huán)調(diào)節(jié)器通過(guò)運(yùn) 算參考信號(hào)Vref及電弧電壓反饋信號(hào)Vf確定其輸出信號(hào)，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(gè)輸入端，所說(shuō)送絲電機(jī)環(huán)節(jié)2還有一個(gè)電 流傳感器，其輸出與送絲電機(jī)的電樞電流成比例的反饋電流信號(hào)If，反饋電 流信號(hào)If接控制器1. 2的另一個(gè)輸入端.控制器1. 2通過(guò)運(yùn)算外環(huán)調(diào)節(jié)器1. 1 的輸出信號(hào)及電流反饋信號(hào)If確定其輸出的P麗信號(hào)，此P麗信號(hào)接送絲 電機(jī)環(huán)節(jié)2中半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的控制極，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)送絲電機(jī)，送絲電 機(jī)將焊絲送入電弧區(qū)3。
考慮到送絲電機(jī)在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)容易出現(xiàn)失穩(wěn)，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(hào)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(hào)Vm與外環(huán)調(diào)節(jié)器l. l連接，外環(huán)調(diào)節(jié)器 1. 1通過(guò)運(yùn)算參考信號(hào)Vref 、弧壓反饋信號(hào)Vf 、校正環(huán)節(jié)4的輸出信號(hào)Vm 確定輸出信號(hào)。
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(gè)輸入端的斜波補(bǔ)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(bǔ)償?shù)碾娏?br> 型P麗控制電路。本實(shí)用新型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(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)也可達(dá)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(jī)在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)容易出現(xiàn)失穩(wěn)的問(wèn)題。

圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。
圖2是實(shí)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(jī)環(huán)節(jié)，3、電弧區(qū)，3.1、電弧，3.2、悍絲，4、校正環(huán)節(jié)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)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(gè)外環(huán)調(diào)節(jié)器l.l，采用電弧電壓Vf作為反饋信號(hào)；內(nèi)反饋環(huán) 有一個(gè)內(nèi)環(huán)控制器1.2，以送絲電機(jī)的工作電流(電樞電流)If為反饋信號(hào)，內(nèi)
環(huán)控制器1.2具有電流型P麗功能，輸出PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)；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PWM開(kāi)關(guān)信號(hào)連接 送絲電機(jī)環(huán)節(jié)2中的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)Q2。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)送絲電機(jī)旋轉(zhuǎn)，電機(jī)的 工作電流是內(nèi)反饋環(huán)的反饋電流If。送絲電機(jī)使焊絲不斷進(jìn)入電弧區(qū)3，電 弧區(qū)3輸出外環(huán)的反饋信號(hào)Vf 。校正環(huán)節(jié)4將內(nèi)環(huán)控制器1. 2的輸出信號(hào)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(jī)在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)容易出現(xiàn)失穩(wěn)的問(wèn)題。
圖2是本方案的實(shí)施例。圖中，Rl.l、 R1.2、 R1.3、 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(yùn)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(shí)鐘信號(hào)；Q2是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，D2是蓄流二極管，M2是送絲電動(dòng)機(jī)，T2是電流傳感器。外環(huán)調(diào) 節(jié)器1. 1采用由運(yùn)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(hào)Vref及電壓反饋信號(hào)Vf 。內(nèi)環(huán)控制器1. 2有一個(gè)比較器及一 個(gè)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(dāng)P麗信號(hào) 的開(kāi)關(guān)工作比大于50%時(shí)，再加入圖中斜波補(bǔ)償電路可以抑制諧波失穩(wěn)。電 流型P麗控制技術(shù)及對(duì)電流反饋信號(hào)If的斜波補(bǔ)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(hào)接內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器1. 2中比較器Cpl. 2的一個(gè)輸入端， 反饋電流信號(hào)If經(jīng)過(guò)斜波補(bǔ)償后接比較器Cpl. 2的另一輸入端。斜波補(bǔ)償電 路參見(jiàn)圖3。內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器1.2的輸出信號(hào)與開(kāi)關(guān)器件Q2連接，Q2采用麗0S 器件。Q2控制送絲電動(dòng)機(jī)M2旋轉(zhuǎn)。電流傳感器T2輸出與電機(jī)的工作電流成 比例的反饋信號(hào)If 。電動(dòng)機(jī)M2使焊絲3. 2不斷進(jìn)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(hào)Vf。
由于埋弧焊工藝要求送絲速度能在一個(gè)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(shí)會(huì)出現(xiàn)送絲控制系統(tǒng)失穩(wěn)。為克服 此缺點(diǎn)，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(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2的輸出信號(hào)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(hào)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(guò)運(yùn)算參考信號(hào)Vref，弧壓反饋信號(hào)Vf及 校正環(huán)節(jié)4的輸出信號(hào)Vm確定輸出信號(hào)。Vm信號(hào)的阻尼作用是指當(dāng)誤差信 號(hào)使控制環(huán)節(jié)1的輸出變化時(shí)，Vm信號(hào)阻礙控制環(huán)節(jié)1的輸出變化。
具體的實(shí)施例l: Rl. l=20kQ、 Rl,2=20kQ、 R1.3二200kQ、 Rl. 4二200k Q、 R2. 1=100 Q、 R3. l二1.8kQ、 R3.2=0. 2kQ、 R4. l=40kQ;
Cl. 1=0. 47uF、 Cl. 2=0. OluF、 C3. l=47uF、 C4. 1=2. 2uF;
Q2， IRFP360; D2， FR307; T2，CHB-25NP/SP8。實(shí)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(diǎn)是響應(yīng)速度快。R1.3=1000kQ、 R1.4=1000kQ， R4. l二100kQ， C4. l=1.5uF。其余參數(shù)與上例相同。比例調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)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(hào)說(shuō)明及使 用方法可參看生產(chǎn)廠家提供的使用說(shuō)明。通過(guò)在芯片外部連接R1.5、 R1.6 及Rl. 7構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)對(duì)反饋電流If的斜波補(bǔ)償。使用該芯片時(shí)， 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(kāi)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(jì)方法見(jiàn)芯片使用說(shuō)明。圖中Rl. 5、 R1.6、 R1.7是用于斜波補(bǔ)償?shù)碾娮琛1.8是輸出端下拉電阻。
一個(gè)具體實(shí)施例是Rl. 5=3k、Rl. 6=0. 51k、Rl. 7=4. 7k、R1. 8=2k、RT=4. 2k、 CT=0. luF。
權(quán)利要求1. 一種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)(1)，由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)送絲電機(jī)構(gòu)成的送絲電機(jī)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(hào)Vref及電弧電壓反饋信號(hào)Vf，控制環(huán)節(jié)(1)的輸出端接送絲電機(jī)環(huán)節(jié)(2)，送絲電機(jī)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(hào)Vf；其特征在于所說(shuō)控制環(huán)節(jié)(1)由一個(gè)外環(huán)調(diào)節(jié)器(1.1)和一個(gè)內(nèi)環(huán)控制器(1.2)構(gòu)成，所說(shuō)控制器(1.2)具有電流型PWM控制功能；外環(huán)調(diào)節(jié)器(1.1)的輸入端接參考信號(hào)Vref及電弧電壓反饋信號(hào)Vf，外環(huán)調(diào)節(jié)器通過(guò)運(yùn)算參考信號(hào)Vref及電弧電壓反饋信號(hào)Vf確定其輸出信號(hào)，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)一個(gè)輸入端，所說(shuō)送絲電機(jī)環(huán)節(jié)(2)還有一個(gè)電流傳感器，其輸出與送絲電機(jī)的電樞電流成比例的反饋電流信號(hào)If，反饋電流信號(hào)If接控制器(1.2)的另一個(gè)輸入端，控制器(1.2)通過(guò)運(yùn)算外環(huán)調(diào)節(jié)器(1.1)的輸出信號(hào)及電流反饋信號(hào)If確定其輸出的PWM信號(hào)，此PWM信號(hào)接送絲電機(jī)環(huán)節(jié)(2)中半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的控制極，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)送絲電機(jī)，送絲電機(jī)將焊絲送入電弧區(qū)(3)。
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(l. 2)的輸出端之間還有 一個(gè)可濾除內(nèi)環(huán)控制器(l. 2)的輸出信號(hào)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(1.2)的輸出端連接，其輸出信號(hào)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(guò)運(yùn)算參考信號(hào)Vref、弧壓反饋信號(hào) Vf及校正環(huán)節(jié)(4)的輸出信號(hào)Vm確定輸出信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2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。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3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。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)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(gè)比例調(diào)節(jié)器或比例積分調(diào)節(jié)器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)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(gè)輸 入端的斜波補(bǔ)償電路及輸入端接比較器輸出的RS觸發(fā)器電路構(gòu)成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6中任一項(xiàng)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P麗控制芯片UC3846 及外圍電路構(gòu)成。
專(zhuān)利摘要一種埋弧焊弧壓反饋送絲的控制電路，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)。控制系統(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(jī)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(fù)反饋控制，外環(huán)有一個(gè)外環(huán)調(diào)節(jié)器1.1，其輸入端接參考信號(hào)Verf及電弧區(qū)3輸出的電弧電壓反饋信號(hào)Vf。內(nèi)反饋環(huán)有一個(gè)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(gè)輸入端，送絲電機(jī)環(huán)節(jié)2輸出的電流反饋信號(hào)If接內(nèi)環(huán)控制器1.2的另一個(gè)輸入端。送絲電機(jī)環(huán)節(jié)2將控制器1.2的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)送絲環(huán)節(jié)2中送絲電機(jī)，送絲電機(jī)將焊絲送入電弧區(qū)3。本方法的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)簡(jiǎn)單，控制精度高。
文檔編號(hào)B23K9/095GK201249320SQ20082012245
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)