本發(fā)明涉及熔化極氣保焊機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，，尤其涉及一種用于熔化極氣保焊雙電機(jī)送絲系統(tǒng)的速度同步控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

通用性熔化極氣保焊機(jī)送絲系統(tǒng)都采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)送絲，送絲距離在3-4M；在一些罐車、造船等操作范圍大的應(yīng)用場(chǎng)合通常需要10M或更長(zhǎng)的送絲距離，傳統(tǒng)的單電機(jī)送絲機(jī)通常是延長(zhǎng)焊機(jī)與送絲機(jī)的連接電纜來(lái)擴(kuò)大單臺(tái)焊機(jī)的操作范圍；然而采用這種形式方式實(shí)現(xiàn)大范圍的焊接操作就要頻繁的移動(dòng)送絲機(jī)，通常送絲機(jī)重量在20公斤左右加上焊絲后重量一般在30-40公斤，焊工移動(dòng)困難；傳統(tǒng)送絲機(jī)體積較大一些小空間操作無(wú)法到達(dá)。

目前國(guó)內(nèi)外都在從事雙電機(jī)超長(zhǎng)送絲方面的研究工作。常用的方法是送機(jī)安裝推拉絲焊槍或中繼送絲系統(tǒng)，焊槍和中繼站內(nèi)的拉絲電機(jī)與送絲機(jī)內(nèi)部電機(jī)電壓等級(jí)相同，且線速度速度范圍相同前端電機(jī)與后端電機(jī)直接并聯(lián)。

這些方法雖然可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的送絲，但由于新增加的電機(jī)與原有電機(jī)直接并聯(lián)，送絲機(jī)控制系統(tǒng)只針對(duì)原有電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，新增電機(jī)屬于開環(huán)控制；在兩個(gè)電機(jī)負(fù)載分別不均勻或單一電機(jī)負(fù)載突變的情況下很難達(dá)到雙電機(jī)速度同步的目標(biāo)。雙電機(jī)速度不同步就會(huì)造成送絲的不穩(wěn)定最終導(dǎo)致焊接焊縫的質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提出了一種熔化極氣保焊雙電機(jī)送絲系統(tǒng)的速度同步控制方法及裝置，該方法及裝置通過(guò)閉環(huán)的控制方式能夠準(zhǔn)確地控制新增電機(jī)的速度與原有電機(jī)速度同步，延長(zhǎng)送絲距離保證在長(zhǎng)距離送絲的情況下焊機(jī)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定焊接。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種熔化極氣保焊雙電機(jī)送絲系統(tǒng)的速度同步控制方法，包括：

熔化極氣保焊機(jī)送絲系統(tǒng)相互并聯(lián)的前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2各自有獨(dú)立的電壓環(huán)和電流環(huán)，兩者共用一個(gè)速度環(huán)；

采集后端送絲電機(jī)M2的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與速度給定值進(jìn)行PI計(jì)算組成系統(tǒng)速度環(huán)，所述系統(tǒng)速度環(huán)的輸出信號(hào)分別作為前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2的電壓給定信號(hào)；

分別采集前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2兩端的電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)分壓濾波后分別作為前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2的電壓反饋信號(hào)；

所述前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2的電壓反饋信號(hào)與電壓給定信號(hào)分別進(jìn)行PI計(jì)算組成各自電機(jī)的電壓環(huán)；所述各自電機(jī)電壓環(huán)的輸出分別作為PWM控制器的給定信號(hào)；

分別采集前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2的回路電流作為PWM波控制器的電流峰值反饋信號(hào)；所述前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2的PWM控制器的給定信號(hào)與電流峰值反饋信號(hào)分別進(jìn)行PI計(jì)算組成各自電機(jī)的電流環(huán)，所述電流環(huán)的輸出控制PWM控制器的輸出脈寬。

進(jìn)一步地，對(duì)于前端送絲電機(jī)M1或者后端送絲電機(jī)M2而言：

當(dāng)電機(jī)速度高于給定值時(shí)，電壓反饋信號(hào)增加，電壓環(huán)的輸出減小，從而PWM控制器的PWM信號(hào)占空比減小，隨著占空比的降低電機(jī)的驅(qū)動(dòng)隨之減小，電機(jī)速度下降；

當(dāng)電機(jī)速度低于給定值時(shí)，電壓反饋信號(hào)減小，電壓環(huán)的輸出增加，從而PWM控制器的PWM信號(hào)占空比增加，著占空比的增加電機(jī)的驅(qū)動(dòng)隨之增加，電機(jī)速度升高；

從而實(shí)現(xiàn)將電機(jī)的速度穩(wěn)定在給定值附近。

一種熔化極氣保焊雙電機(jī)送絲系統(tǒng)的速度同步控制裝置，包括：前端送絲電機(jī)M1、后端送絲電機(jī)M2、第一控制開關(guān)電路、第一開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、第一PWM控制電路、第二控制開關(guān)電路、第二開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、第二PWM控制電路以及電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路；

所述電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路與第一PWM控制電路和第二PWM控制電路分別連接，所述第一PWM控制電路與第一開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、第一電機(jī)控制開關(guān)電路依次連接；所述第二PWM控制電路與第二開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、第二電機(jī)控制開關(guān)電路依次連接。

進(jìn)一步地，所述電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路根據(jù)輸入的速度給定值以及后端送絲電機(jī)M2的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，分別輸出第一PWM控制電路和第二PWM控制電路的控制信號(hào)；

第一PWM控制電路根據(jù)接收到的控制信號(hào)輸出一定占空比的PWM信號(hào)，所述PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)第一開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)第一控制開關(guān)電路的導(dǎo)通，從而驅(qū)動(dòng)前端送絲電機(jī)M1的輸出；

第二PWM控制電路根據(jù)接收到的控制信號(hào)輸出一定占空比的PWM信號(hào)，所述PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)第二開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)第二控制開關(guān)電路的導(dǎo)通，從而驅(qū)動(dòng)前端送絲電機(jī)M2的輸出。

進(jìn)一步地，所述電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路包括：

電容C5和電阻R7分別串聯(lián)接入運(yùn)算放大器K4的正極輸入端，電容C7和電阻R9串聯(lián)后接入運(yùn)算放大器K4的負(fù)極輸入端和輸出端之間；運(yùn)算放大器K4的負(fù)極輸入端依次串聯(lián)電阻R13、電阻R21、電阻R22后與可調(diào)電阻RW1連接，電阻R18與可調(diào)電阻RW1串聯(lián)后接地；運(yùn)算放大器K4的輸出端串聯(lián)電阻R6后接VCC，運(yùn)算放大器K4的輸出端串聯(lián)電阻R8后連接第一PWM控制電路或者第二PWM控制電路；電容C10一端連接在電阻R13和電阻R21之間，另一端接地；電容C11一端連接在電阻R21和電阻R22之間，另一端接地。

本發(fā)明的有益效果：

1、整個(gè)控制均使用電子元件控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性極高、控制精確。

2、前后電機(jī)獨(dú)立的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器，電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，提高電機(jī)抗干擾能力。

3、負(fù)載分布不均勻的情況下依然能保證速度的同步準(zhǔn)確，避免中繼電纜和焊槍的狀態(tài)不同對(duì)對(duì)焊接產(chǎn)生不良影響。

4、開關(guān)的控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)分開，增加開關(guān)的驅(qū)動(dòng)能力減低控制板損耗，確保了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明速度同步控制方法示意圖；

圖2為本發(fā)明速度同步控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

一種熔化極氣保焊雙電機(jī)送絲系統(tǒng)的速度同步控制方法，如圖1所示，包括：

熔化極氣保焊機(jī)送絲系統(tǒng)相互并聯(lián)的前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2各自有獨(dú)立的電壓環(huán)和電流環(huán)，兩者共用一個(gè)速度環(huán)；

采集后端送絲電機(jī)M2的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與速度給定值進(jìn)行PI計(jì)算組成系統(tǒng)速度環(huán)，系統(tǒng)速度環(huán)的輸出信號(hào)分別作為前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2的電壓給定信號(hào)；

分別采集前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2兩端的電壓信號(hào)，由于電壓信號(hào)為電機(jī)供電的50V脈沖信號(hào)，不能直接用作后的PI計(jì)算，需將其分壓濾波處理成低壓直流信號(hào)。電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)分壓濾波后分別作為前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2的電壓反饋信號(hào)；

前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2的電壓反饋信號(hào)與電壓給定信號(hào)分別進(jìn)行PI計(jì)算組成各自電機(jī)的電壓環(huán)；各自電機(jī)電壓環(huán)的輸出分別作為PWM控制器的給定信號(hào)；

分別采集前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2的回路電流作為PWM波控制器的電流峰值反饋信號(hào)；前端送絲電機(jī)M1和后端送絲電機(jī)M2的PWM控制器的給定信號(hào)與電流峰值反饋信號(hào)分別進(jìn)行PI計(jì)算組成各自電機(jī)的電流環(huán)，電流環(huán)的輸出控制PWM控制器的輸出脈寬。

本發(fā)明采用雙電機(jī)控制方案，前后兩個(gè)電機(jī)各自有獨(dú)立的電壓環(huán)和電流環(huán)，共用一個(gè)速度環(huán)，處理器采集后端送絲電機(jī)(M2)的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與速度給定進(jìn)行PI計(jì)算組成系統(tǒng)速度環(huán)，速度環(huán)輸出作為電機(jī)控制電壓環(huán)給定信號(hào)；各電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路采集電機(jī)兩端電壓經(jīng)分壓濾波后作為電壓反饋信號(hào)與電壓給定信號(hào)經(jīng)過(guò)硬件PI調(diào)節(jié)器組成電壓環(huán)，電壓環(huán)計(jì)算輸出作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM波控制器的給定信號(hào)；電路采集電機(jī)電流作為PWM波控制器的電流峰值反饋信號(hào)控制輸出脈寬。

前端電機(jī)電壓環(huán)和電流環(huán)控制單元采用電流型PWM控制器產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM波形，控制信號(hào)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路分開，采用單獨(dú)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路大大減小電子開關(guān)動(dòng)作時(shí)的能量損耗和波形震蕩，確保電機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)單元的可靠性。

本發(fā)明公開的用于熔化極氣保焊雙電機(jī)送絲系統(tǒng)的速度同步裝置，如圖2所示，包括：電機(jī)控制開關(guān)電路、開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、PWM控制電路以及電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路；

電機(jī)控制開關(guān)電路包括：三個(gè)并聯(lián)開關(guān)KF1、KF2、KF3，和三個(gè)并聯(lián)開關(guān)KF4、KF5、KF6，組成半橋斬波電路。電機(jī)控制開關(guān)電路主要通過(guò)上下橋臂開關(guān)以一定的占空比交替導(dǎo)通為電機(jī)的持續(xù)旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。

開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括：由三個(gè)與非邏輯門組成信號(hào)處理電路和開關(guān)驅(qū)動(dòng)芯片電路；信號(hào)處理電路將PWM控制電路輸出的PWM信號(hào)調(diào)制成兩路帶有死區(qū)的互鎖信號(hào)，處理后的信號(hào)通過(guò)開關(guān)驅(qū)動(dòng)芯片K3控制上下橋臂開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷。開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路主要作用是根據(jù)PWM控制電路輸出的控制信號(hào)產(chǎn)生開關(guān)KF1、KF2、KF3，和KF4、KF5、KF6的門極驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)控制開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷。

PWM控制電路包括：PWM控制器K2和外圍信號(hào)反饋處理電路，PWM控制器K2通過(guò)電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路輸出給定和電機(jī)回路電流反饋來(lái)調(diào)整PWM波形最終調(diào)節(jié)電機(jī)輸出速度。PWM控制電路主要作用是產(chǎn)生穩(wěn)定的PWM信號(hào)用于電機(jī)控制。

電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路包括：電機(jī)電樞電壓的采集、二階濾波以及由運(yùn)算放大器K4、電阻、電容構(gòu)成的PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器通過(guò)處理器速度給定和電壓反饋調(diào)整輸出改變PWM控制電路給定從而改變電機(jī)輸出速度。電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路主要作用是速度給定和電壓反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)比例積分運(yùn)算輸出PWM控制電路給定信號(hào)。

其中，電機(jī)控制開關(guān)優(yōu)選為功率場(chǎng)效應(yīng)管，PWM控制器優(yōu)選為電流型PWM控制器，開關(guān)驅(qū)動(dòng)芯片優(yōu)選為MOS管半橋驅(qū)動(dòng)芯片。

本實(shí)施例中，優(yōu)選運(yùn)算放大器K4和PWM控制器K3為具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明裝置進(jìn)行說(shuō)明，它們所起的作用為閉環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)輸出的作用，本領(lǐng)域技術(shù)人員在保證裝置可靠工作的前提下，能夠根據(jù)本領(lǐng)域現(xiàn)有知識(shí)將其換做其他的機(jī)械開關(guān)或者是開關(guān)類的電子元件。本發(fā)明之所以將開關(guān)KF1、KF2、KF3并聯(lián)和開關(guān)KF4、KF5、KF6并聯(lián)是為了提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流降低開關(guān)發(fā)熱，增加系統(tǒng)可靠性。

本實(shí)施例中，電機(jī)控制開關(guān)電路具體為：

三個(gè)并聯(lián)開關(guān)KF1、KF2、KF3，和三個(gè)并聯(lián)開關(guān)KF4、KF5、KF6串聯(lián)組成半橋斬波電路，直流電機(jī)正極接開關(guān)串聯(lián)節(jié)點(diǎn)，負(fù)極通過(guò)電流采樣電阻接電源負(fù)極。

本實(shí)施例中，開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路具體為：

信號(hào)處理電路輸出的兩路信號(hào)與PWM控制器K3的HI和LI管腳相連；二極管RB1的陽(yáng)極接控制器電源VCC，陰極接PWM控制器K3的HB管腳；電容C3一端接到PWM控制器K3的HB另一端與HS管腳和電機(jī)控制開關(guān)電路中串聯(lián)開關(guān)節(jié)點(diǎn)連接；PWM控制器K3的HO和LO管腳分別通過(guò)R1、R2、R3和R4、R5、R6與KF1、KF2、KF3和KF4、KF5、KF6相連。

本實(shí)施例中，電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路具體為：

運(yùn)算放大器K4的3號(hào)腳與R7和C5的一端連接，C5的另一端接控制電源的負(fù)極，R7的另一端接處理器的速度給定；運(yùn)算放大器K4與R19和C7的一端連接，C7的另一端與R9串聯(lián)連接到運(yùn)算放大器K4的1號(hào)腳；R19的另一端接電壓反饋處理的輸出端。

本發(fā)明裝置適用于所有熔化極氣保焊中多電機(jī)送絲系統(tǒng)的電機(jī)控制；電流型PWM控制器為UC2843，開關(guān)驅(qū)動(dòng)器為Ucc27201，開關(guān)管為FR120N。

當(dāng)處理器發(fā)出的速度給定信號(hào)由0變?yōu)槟硞€(gè)值后由于電機(jī)處在靜止?fàn)顟B(tài)，電壓反饋為0，電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路根據(jù)給定與反饋的差值進(jìn)行PI運(yùn)算，并輸出給PWM控制電路；PWM控制電路根據(jù)收到的給定電壓輸出一定占空比的PWM信號(hào)，PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理以及開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的控制上下橋臂的開關(guān)的導(dǎo)通；從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出；當(dāng)電機(jī)速度的高于給定值時(shí)，電機(jī)閉環(huán)運(yùn)算電路中的電壓反饋增加，PI調(diào)節(jié)器輸出減小從而減小PWM控制器的PWM信號(hào)占空比，隨著占空比的降低電機(jī)的驅(qū)動(dòng)隨之減小速度下降；反之當(dāng)電機(jī)速度的低于給定值時(shí)，電路調(diào)高占空比提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，電路通過(guò)上述兩個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)將電機(jī)速度穩(wěn)定在給定速度值附近。

本發(fā)明中被控制的超長(zhǎng)送絲機(jī)系統(tǒng)中的前后電機(jī)采用的是同一個(gè)處理器發(fā)出的速度給定信號(hào)，前后電機(jī)各自擁有獨(dú)立的閉環(huán)調(diào)節(jié)電路，本發(fā)明方案可使兩電機(jī)即使在負(fù)載分布不均勻的情況下仍能保證速度的同步；大大提高了超長(zhǎng)送絲系統(tǒng)下焊接的穩(wěn)定性。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。