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第卷第期焊接学报。. .
年月
钨极氩弧焊逆变电源系统控制的
仿真整定
何建萍, 孙广, 张春波, 吴毅雄, 焦馥杰
.上海交通大学焊接工程研究所,上海;.上海交通大学金属基复合材料国家重
点实验室,上海;.上海工程技术大学,上海
摘要:钨极氩弧焊逆变电源系统是典型的大信号非线性系统,很难用线性化
小信号的解析方法进行近似估计,作者利用中具有建模、分析和仿真等多功能的
工具包,根据逆变电源的控制结构及电弧负载的特点,建立了由调
节的逆变电源一电弧闭环系统的模型,在此基础上,进行了仿真研究,
并进行了参数的调整。研究表明,调节的比例系数对系统的动态响应有较大的
影响,积分系数对消除系统的稳态误差起着较大的作用,同时,若这两个参数选择不当,
将会造成系统的不稳定。
关键词:逆变电源;动态响应;仿真;调节器;钨极氩弧焊
中图分类号:. 文献标识码: 文章编号:——一何建萍
胃定误差,且比例系数愈大,这种误差愈大;积分控制
作用的特点是能够消除稳态误差;微分控制能有效
由于弧焊逆变器处于大信号工作范围,实际控的减少过渡过程的动态偏差。因此,对于直流
制系统中也存在非线性环节的作用;同时,弧焊逆变逆变电源系统可进行控制,而对于脉冲
器的功率开关元件以中高频变压器及电弧为负载, 逆变电源系统适合于控制。
且电弧变化恶劣在空载与短路之间变化,因此, 文中采用了国内外目前较为流行的
动态仿真环境,建立了直流逆变电
对弧焊逆变电源的动态过程研究显得尤为突出,
源系统大信号非线性系统模型,以电流负反馈、
基于线性化的小信号分析对动态性能进行近似估计
控制规律为基础,进行了调节参数的分析整定。
的时域或频域都有根本的局限性,难于全面反映实
际情况。
采用科学的模拟技术和少量的试验验证,可以系统模型结构的确定
代替过去一切都要通过大量重复试验的方法,并通
过参数分析和仿真模拟解决一些目前无法在试验室逆变电源工作时由功率电路、控制电路和电弧
里进行直接研究的复杂问题和改善系统。因此,通负载三部分组成。其功率电路的主要部分是由功率
元件、高频变压器等组成的逆变部分,经输出整流后
过建立系统的非线性模型,采用计算机仿真技术,能
得到所需的电源输出电压;滤波电感和电弧可等效
够直接得到各种动态过程的描述,并据此来调整参
为一阶惯性网络¨.;控制电路的关键是调
数,从而得到令人满意的弧焊逆变电源系统的性能
节。以电流负反馈为主、电弧为负载的闭环
指标。
系统的基本结构如图所示。其中, 为给定的控
控制器是应用最广泛的基本控制装置,原
制信号;,为实际电弧电流;为电流反馈信
理简单,适应性强,鲁棒性好。比例控制的作用是在
号;为电源输出电压;￡为输出滤波电感;尺为
干扰作用下受控量发生波动时,能随时调整控制器
的输出,使受控量达到稳定的输出,但是单纯的比例电弧负载的等效电阻;为拉普拉斯算子。
反馈检测电路对实际输出的焊接电流进行检
调节结果将使被控量和给定值之间产生一固定的稳
测,得到电流反馈信号,该信号与电流控制给定
收稿日期:——信号进行比较,其偏差经调节器运算后控制
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焊接学报第卷