基于电弧特性的焊割电源控制优化研究

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1、分类号学号M201271411学校代码10487密级硕士学位论文基于电弧特性的焊割电源控制优化研究学位申请人：任成达学科专业：电气工程指导教师：段善旭教授答辩日期：2014年5月24日万方数据AThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonWelding/PlasmaCuttingPowerSourceControlOptimizationBasedonArcCharacteristicsCandidate:

2、RenChengdaMajor:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.DuanShanxuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人

3、承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要等离子弧焊与切割是工业制造中重要的加工方式，其电源控制特性

4、直接影响焊接与切割质量，设计合理的电源控制器十分重要。常规设计近似认为等离子弧电压大小与其电流无关，但实测结果表明，等离子弧电压随电流变化会发生较大变化，从而降低了控制性能，针对上述问题，本文从等离子弧特性出发，采用变参数切换控制以及滑模控制的方法，提高了焊接与切割电源性能。对于等离子切割控制，本文结合等离子弧变化特性，提出了根据引弧电流大小动态改变切换参数的双环并联控制方法，从而提高小电流下引弧成功率。对于弧焊控制，为保证系统稳定，常规PI控制选择负载电阻最小时进行参数设计，当电弧负载阻值波动很大时，控制器的动态性能变差，导致焊接质量下降。针对此问题，

5、结合滑模控制恒动态的特性，本文提出采用滑模控制器对弧焊电源进行控制的方法。在滑模控制器设计中，首先建立弧焊电源的等效状态空间模型，采用输出电流误差及其积分和微分变量作为滑模被控参数，基于PWM定频控制策略产生开关管调制信号，从而解决常规滑模控制中存在的开关频率不固定的问题。为了解决焊割过程中负载变化对控制性能的影响，本文将电阻参数等效为负载电压与电流之比。同时为了减小间接控制对输出电流稳态误差的影响，在原有滑模被控参数的基础上增加了电流误差的二重积分量。最后对所述改进型滑模控制策略进行了实验对比，在电阻负载突变下，滑模控制器的超调量比PI控制器减小33.

6、3%，调节时间缩短31%，在电弧负载下，滑模控制器的电流波动比PI控制器更加缓和，焊接的质量也相应提高。关键词：弧焊与切割一体机；变参数切换；电弧特性；滑模控制；二重误差积分I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractArcweldingandplasmacuttingarecommoninindustrialapplicationsprocessingmethods,andtheweldingorcuttingqualitiesaredirectlyinfluencedbythesourceproperty.Soreasonablesourcet

7、opologyanditscontrolstrategyismanualweldingandcuttingplaysanimportantroleonspecialoccasions.Inarcweldingandplasmacuttingpowercontrollerdesign,thearcisusuallyequivalenttoafixedload.Butitisfoundthatthemeasuredarcandplasmaarcisamorespecialkindofloadthroughresearchwhichneedhigherrequ

8、irementsonthepowersupplydesign.Basedonth