基于FPGA和NiosII的逆變焊接電源控制器

可見(jiàn)，所設計的ADC控制器能夠穩定地控制AD7863工作，除了稍有抖動(dòng)之外(未加濾波環(huán)節)，采樣結果準確可靠。
3．2 DPWM控制器仿真
為了驗證所設計的DPWM控制器是否合理，在保證仿真有效的前提下做如下約定：保護清除按鍵和DPWM啟動(dòng)按鍵信號均以直接數字量置位來(lái)代替；將算法輸出信號ALG_IN視作給定；反饋電流數字量設為恒值500；死區時(shí)間設定為3．0μs，最小脈寬占空比為2．4％。
仿真環(huán)境為QuartusII-7．2，仿真結果如圖8所示。啟動(dòng)信號STRT有效之前DPWM輸出全部封鎖，輸出均為低電平；STRT有效后，在給定小于最小脈寬時(shí)輸出最小脈寬，隨著(zhù)給定的增大，脈寬變大；當檢測到過(guò)流信號(OV_C)時(shí)，4路DPWM輸出立即置低(即全部被封鎖)，且置低狀態(tài)能一直持續到保護信號PRTCT_CLR清除后才結束?？梢?jiàn)DPWM的輸出嚴格受控。

3．3 焊接試驗波形
3．3．1 靜態(tài)負載焊接試驗
在靜態(tài)負載條件下，NioslI通過(guò)DPRAM給定定頻100 Hz和帶后中值的脈沖電流。電流脈沖參數為：峰值300 A，峰值時(shí)間4 ms；中值100 A，中值時(shí)間1 ms；基值電流30 A。采用6段PID參數。實(shí)際輸出的電流和電壓波形如圖9所示。

圖9中，上面為通道1，波形為輸出電流，每格1 V，代表實(shí)際焊接電流100 A；下面為通道2，波形為輸出電壓，每格1 V，代表實(shí)際焊接電壓10 V?？梢?jiàn)，焊接電流波形與給定的脈沖波形(如圖3所示)基本一致。
3．3．2 動(dòng)態(tài)負載焊接試驗
雙閉環(huán)控制策略下，死區時(shí)間3．0μs，最小脈寬占空比為2．4％。電流脈沖參數為：峰值450 A，峰值時(shí)間3 ms；中值150 A，中值時(shí)間2 ms；基值電流50 A。6段PID參數。給定平均電弧電壓為30 V，保護氣體成分為20％CO2+80％Ar，保護氣體流量為25 L／min，碳鋼焊絲直徑為1．2 mm，送絲速度為4．5 m／min。試驗結果表明，當焊槍大范圍抖動(dòng)時(shí)，為了調節電弧的平均電壓以保證焊接電弧穩定，電源系統實(shí)時(shí)地穩定電弧，且電流脈沖的頻率變化均勻，峰值、基值分別隨焊槍的抖動(dòng)而上下微調。

4 結論
本設計采用FPGA+NioslI軟核為控制核心，設計了全數字化脈沖MIG逆變焊接電源控制器。試驗結果證明：數字化的設計思路增強了系統的穩定性和靈活性；一塊FPGA在保證控制器功能的前提下，大大降低了開(kāi)發(fā)成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期；在FPGA內部實(shí)現6段變參數PID以及改進(jìn)的I-I電流-電弧雙閉環(huán)的控制策略，脈沖電流跟蹤效果良好，焊接電弧調節穩定，動(dòng)態(tài)性能良好，實(shí)際焊接效果出色。本設計的核心邏輯都是基于統一性較好的VHDL語(yǔ)言設計，并采用模塊化的設計方案，因此便于推廣和移植。