基于模糊控制的逆变式丝管蒸发器焊接电源研究

　　摘要：文章介绍了模糊控制逆变电阻焊电源的基本工作原理、控制系统的构成以及硬件的实现方案。对二输入一输出的模糊控制器进行了设计，总结了怎样通过输入量的变化得出精确输出值的结论，研究出一台模糊控制逆变电阻焊丝管多点焊机，并在公司批量生产。

　　关键词：逆变电阻焊电源；模糊控制；丝管蒸发器；MCS51单片机；模糊控制器文献标识码：A

　　中图分类号：TG409 文章编号：1009-2374（2015）11-0014-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.008

　　1 概述

　　节能高效的逆变电阻焊电源已经被广泛应用。北大核心期刊目录2014传统电阻焊电源一般采用可控硅移相触发技术轮流导通三相主电路的大电流可控硅。这种电路的优点是电路相对简单，技术成熟、可靠性高，但其缺点也是非常明显的。第一，整个系统采用的是工频技术（50Hz），因而焊接变压器体积庞大，消耗大量的硅钢片和有色金属；第二，可控硅移相触发会产生很大的高次谐波，严重“污染”电网，且功率因数较低；第三，丝管蒸发器焊接是间隙工作制模式，焊接时间很短（一般只有5～10周波）工频状态下无法使用负反馈，因而焊接电流不稳定；第四，焊接过程是非线性系统，一般很难建立精确的数学模型，因而传统的PID（比例积分微分）控制很难满足要求。针对电阻焊电源的复杂工作环境，本文采取有效措施，从硬软件入手进行改进，并且使用有效手段保证系统的稳定与可靠。

　　2 基本工作原理

　　如图1所示，可以清晰看到模糊控制逆变电源的原理。若滤成直流电，需要三相交流电经三相桥式整流电路整流，逆变电路将直流电转换为1000Hz的交流电，焊接的电压和电流，需要经过中频变压器进行降压，且输出整流器整流。IGBT零电流软开关方式，频率高、开关损耗小、可靠性高、转换效率高，因此逆变主电路采用IGBT零电流软开关方式。4只IGBT开关交替控制电流，直流电会转成10000Hz的交流电，中频变压器和一体化全波整流器加工后，即可得到所需的焊接电压和电流。焊接电流的调节与控制，需要以8051单片机为中心，通过霍尔传感器获得电流反馈，模糊传感器根据偏差及偏差变化为输入量进行调节，获得合适的占空比。

　　图1 模糊控制逆变电源原理图

　　3 建立控制系统

　　控制系统的组成可分为主电路部分和控制部分。控制部分以单片机控制系统为核心。A/D转换电路为负反馈的关键参数，系统采用8位A/D转换器AD0809。控制系统的软件主要利用模糊算法完成焊接电流、电压的调节，恒流特性的输出及其他I/O功能。

　　4 如何设计模糊控制器

　　通过模糊化处理，模糊控制器的输入量也会经过语言规则来模糊推理，而这一推理得出的结论会经过明晰化，最终得出控制变量的精确输出值，这便是模糊控制器的工作原理。如何实现模糊算法的软件设计，要设计一个模糊控制器，这就需要对模糊控制器的输入变量与输出变量进行掌握加以设计，并且得出输入变量的参数和论域，建立赋值表，确定语言描述，将控制规则建立起来，将模糊化和明晰化区分开来，并且确定方法，最后将控制板建立起来。

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