数字化逆变电焊机是提升电弧焊接质量和效率的重要设备,电焊机在我国发展多年,但都是较低端的逆变电焊机,真正高端的焊接工艺还是应用国外的焊机设备,我国的全数字化的焊机还处于发展阶段。电焊机电源系统是一个高电压、大电流、强干扰的设备,还有电源对应的不同工艺输出要求,使得电源系统更加复杂。为此,本文在现有焊机的基础上,对现有焊机的缺点和应用痛点进行细致研究,对电焊机的数字化的关键问题、困难点进行了深入研究,提出了独到的见解和可行的解决方案。本文通过对焊接工艺的研究,针对焊接工艺对焊接电源的要求和影响,构建满足焊接工艺需求的焊接电源系统,包括焊接控制系统、采样方式、反馈方式、PID算法、滤波环节、主回路拓扑等,还提出软件开发的架构和标定概念,使软件功能模块化和平台化,贯彻“一机多用”的设计理念,应用触摸屏开发菜单式的人机交互系统,使焊接参数设置、状态参数监控、专家系统操作、通信设置、故障诊断等更加方便和人性化。在主电路方面,对传统的全桥逆变电源拓扑进行改造,避免了全桥拓扑主变压器偏磁的缺点,再将软开关技术应用到全桥拓扑中,减少开关损耗,提出了“基于电压馈电的数字化逆变电焊机的拓扑”。在控制系统中,采用基于内环电流闭环控制和外环电压闭环控制的双环控制系统,对数字化逆变焊接电源输出精确控制的电流和电压,满足多种工艺的需求。对于输出直流脉冲、交流矩形脉冲以及交流三角形波形和交流正弦波形电流的原理和实现方法详细阐述,采用基于弧长调节原理,建立焊丝熔化速度和送丝速度之间的联系,通过PID的调节,输出电子功率开关的PWM信号,实现整个控制系统的闭环控制。电焊机的强干扰环境使得采集和输出的信号都会受到强烈的干扰,同时电焊机是一个高速控制的实时系统,对信号的要求非常苛刻,否则输出满足不了工艺的要求。为此,对电焊机进行了大量的降噪手段和滤波方法的研究,包括硬件滤波和软件数字滤波,卡尔曼Kalman滤波无疑对高速实时系统的信号处理非常有用。在PID系统中,电焊机的控制范围较广,一套调试好的PID参数往往不能满足多工艺的需求,特别是在“一机多用”的系统中更是需要不同的PID参数来适配系统的响应,为此,提出了分段PID的设想,但是PID参数的整定也很复杂,借助前人研究的经验,使用自适应的神经网络PID,使PID的参数在系统中自己整定,满足多PID的需求。本文对逆变电源的主回路进行了详细的设计和元器件的选型,对控制电路进行功能化的模块设计,结合各种通信接口RS232/485、CAN、WIFI、USB等,可实现工业现场的主从机控制、局域网控制、远程控制、利用WIFI网络的远程控制,可实现与机器人的通信,可使用U盘对逆变电源的焊接参数上传和下载等。本文使用DSP做主控系统和MCU做人机交互系统。DSP芯片TMS320F28034具有60M的主频,完全满足数字逆变焊机电源的需求,负责整个电源系统的控制和对外的通信、焊接参数和专家系统存储、故障处理及诊断。MCU芯片80C196KC控制人机界面触摸屏、LED灯显示,对焊接状态进行监控,对焊接参数和专家系统进行操作。人机交互系统可以控制DSP,上位机也可以控制DSP,均通过人机交互系统来设定。