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基于FPGA和NiosII的逆变焊接电源控制器

发布时间:2020-07-21 18:30:39 阅读: 来源:厨房秤厂家

摘要:设计了基于FPGA和NioslI软核的全数字逆变焊接电源控制器,采用变参数PID和改进的I-I型双闭环电流-弧长控制策略,并应用于数字化MIG焊接电源系统中。介绍了该电源控制器各模块的功能及设计方案,分析了MIG焊接电流和弧长的控制问题,并进行了仿真和实际焊接试验。关键词:FPGA;NioslI;变参数PID;双闭环控制;数字MIG逆变电源1 概述 脉冲金属惰性气体保护焊(pulsed metal inert gas welding),简称MIG焊。MIG焊在工艺上具有以下优点:焊接保护作用好,焊缝金属纯净,焊接过程稳定,焊缝成形好等。目前,国内逆变焊机多采用以DSP为核心或以MCU+DSP为核心的控制结构。当需要实时采集焊接数据并传送到上位机上时,单个DSP将难以胜任,以DSP为核心控制器的一种改进的处理方案是采用MCU+DSP或者多个DSP配合完成焊接控制和实时通信等环节。该方案无疑增加了系统的成本和复杂程度。 采用高密度的FPGA取代传统的模拟驱动型控制芯片,可大大提高控制器电路设计的集成度,同时提高逆变电源控制器设计的灵活性和电源系统的抗干扰能力、控制精度。但是,FPGA作为核心控制器也存在缺点,其存储能力和软件的扩展接口能力有限。 NioslI软核可以根据用户的要求来定制和拓展,FPGA内部引入NioslI软核采用SOPC的设计思路,可以弥补单独使用FPGA的缺陷,使得基于FPGA硬件逻辑的并行快速性充分发挥的同时,软件接口和扩展通信能力也大大加强。本文采用嵌入NioslI软核的FPGA作为逆变电源的核心控制结构。2 逆变电源控制器的硬件设计 全数字逆变焊接电源控制系统的硬件结构如图1所示。主要分为两部分:焊接电源主回路和控制回路。主回路的工作过程为:380 V工频交流电整流滤波后变为520 V左右直流电,经逆变环节变为高频方波交流电,经中频降压变压器和输出整流-滤波环节后变为低压直流电供焊接使用(受控环节为桥式逆变过程)。控制回路的核心器件为FPGA,其内部设计包括:FPGA硬件逻辑部分、NiosII软核部分,以及DPRAM和接口逻辑。

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2.1 FPGA硬件逻辑设计 FPGA硬件逻辑设计主要包括ADC采样控制器、DPWM控制器以及双闭环控制算法的设计。2.1.1 ADO采样控制器 全数字逆变焊机工作频率为20~40 kHz,采样速度要求较快;为了满足电源输出控制的精度,要求采样精度要足够高。另外,由图1可知,系统需要同时采集电源的输出电压和电流两路信号。采用ADI公司的AD7863。 其转换速率为175 ksps,并行输出接口,转换精度最高为14位,内置两个独立A/D转换器。根据其数据手册中提供的ADC转换时序,可以将ADC控制器分为7个状态:S0,空闲状态;S1,启动转换;S2,A/D正在转换,Busy信号置高电平;S3,转换完成,Busy信号置低,发送读取命令;S4,读取第一个转换值;S5,读完第一个转换值,发送第二个读命令;S6,完成第二个通道的读取,转移至S0。pid控制器相关文章:pid控制器原理

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