逆變電阻焊恒電流智能控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開逆變電阻焊恒電流智能控制方法，采用dsPIC33數(shù)字信號控制器作為系統(tǒng)的控制器，控制器上運行恒電流智能控制算法，通過二次側(cè)整流檢測的電流反饋信號對IGBT全橋逆變電路進行閉環(huán)控制，將恒電流輸出的控制過程分為啟動控制、中期控制、穩(wěn)定控制3個階段，控制器能根據(jù)輸出電流誤差的大小和變化的方向調(diào)整相應(yīng)的控制規(guī)則和控制參數(shù)，實現(xiàn)恒電流智能控制?？刂埔?guī)則結(jié)構(gòu)簡單，不依賴于對象的數(shù)學(xué)模型，當非線性、時變不確定性和純滯后等特點引入系統(tǒng)時，仍可實現(xiàn)有效控制，從而獲得較好的控制性能。
【專利說明】
逆變電阻焊恒電流智能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及逆變電阻焊控制方法，尤其涉及到一種應(yīng)用于大功率逆變恒流電阻焊的智能控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]逆變恒流電阻焊機改變了傳統(tǒng)的工頻斬波控制方式，采用逆變控制過程，將其工作頻率提高至千赫茲級別，響應(yīng)時間提高至毫秒級別，比傳統(tǒng)工頻電阻焊機工作效率大大提高，因此響應(yīng)速度快，控制精度高，焊接性能好，有效功率高，比傳統(tǒng)焊接省電30%以上，對電網(wǎng)無污染、無沖擊。
[0003]在逆變電阻焊中廣泛采用恒電流控制方法，通過實時檢測焊接電流并與給定值進行比較，利用電流偏差來調(diào)整脈寬，使得實際焊接電流與給定值相等，以達到恒流控制的目的。
[0004]常用的恒電流控制算法主要有PID控制、模糊控制等，這2種算法能基本消除控制過程的超調(diào)和振蕩，基本實現(xiàn)控制目標，但都存在很大的缺點。PID控制方法需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，而逆變電阻焊恒電流控制過程是一個復(fù)雜的變化過程，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，PID參數(shù)的整定也較復(fù)雜且需要經(jīng)常調(diào)整。模糊控制存在量化誤差，魯棒性不高，且算法比較復(fù)雜。由于電阻焊系統(tǒng)的非線性、時變、復(fù)雜變化等特點，上述的傳統(tǒng)控制算法很難取得最佳的控制效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提供一種逆變電阻焊恒電流智能控制方法，設(shè)計的智能控制器不依賴于對象的數(shù)學(xué)模型，而是根據(jù)系統(tǒng)表現(xiàn)出來的關(guān)鍵特征，在線確定和改變控制策略。當非線性、時變不確定性和純滯后等特點引入系統(tǒng)時，仍可實現(xiàn)有效控制，從而獲得較好的控制性能。控制算法把控制規(guī)則函數(shù)化，能根據(jù)誤差的大小和變化的方向自動調(diào)整參數(shù)和控制規(guī)則，以適應(yīng)對象和擾動的動態(tài)特性變化，實時性強，實現(xiàn)簡單。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]采用dsPIC33數(shù)字信號控制器作為系統(tǒng)的控制器，控制器上運行恒電流智能控制算法，通過二次側(cè)整流檢測的電流反饋信號對IGBT全橋逆變電路進行閉環(huán)控制，根據(jù)誤差的大小和變化的方向調(diào)整相應(yīng)的控制規(guī)則和控制參數(shù)，實現(xiàn)恒電流智能控制。
[0007]將恒電流輸出的控制過程分為3個階段:
[0008]啟動控制階段:是恒電流輸出的啟動階段，電流誤差較大，控制器輸出較大的控制量實現(xiàn)加速控制，以迅速減小電流誤差；
[0009]中期控制階段:電流誤差較小，接近穩(wěn)態(tài)，控制器輸出較弱的控制量，采用參數(shù)可調(diào)的PID控制，在減少穩(wěn)態(tài)誤差的同時抑制超調(diào)的出現(xiàn)；
[0010]穩(wěn)定控制階段:電流誤差很小，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)，利用PID反饋控制維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。[0011 ] 在控制過程中，通過傳感器不斷采集焊接電流，并與給定值進行比較，獲得電流輸出誤差e(k)，根據(jù)電流誤差表現(xiàn)出來的關(guān)鍵特征，離散控制規(guī)則為:
[0012]規(guī)則1:如果|e(k) I > M，誤差很大，控制器輸出為
[0013]u (k)=unax
[0014]規(guī)則2:如果|e(k) I ( z，誤差很小，控制器輸出為
[0015]u (k) = k；e (k)
[0016]規(guī)則3:如果 e (k).Δ e (k) <0，Δ e (k).Δ e (k_l) >0，ε < | e (k) | < Μ，誤差正在減小，控制器輸出為u (k) = u(k-l)
[0017]規(guī)則4:如果 ε < I e (k) I < M，且滿足 e (k).Δ e (k) > O 或 e (k).Δ e (k) < 0，Ae(k).Ae(k-l) <0SAe(k) = 0，說明誤差較大且沒有減小的趨勢，控制器輸出為u (k)=u (k-1) +kp [e (k) _e (k_l) ] +k；e (k) +kd [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)]
[0018]上述規(guī)則中比例、微分和積分系數(shù)kp、kd、1^按照如下規(guī)則自動調(diào)整:
[0019](I)如果 e(k) < O 且 Δ e (k) <0，kp增大，k i減小，k d減?。?br>[0020](2)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) <0，kp增大，k ;不變，k d增大；
[0021](3)如果 e(k) < O且 Ae(k) > 0，kp 不變，k i 不變，k d 減??；
[0022](4)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) >0，kp減小，k 1增大，k d增大；
[0023](5)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) =0，kp減小，k 1增大，k d增大；
[0024](6)如果 e(k) < O 且 Δ e (k) =0，kp增大，k i減小，k d減??；
[0025]其中e(k)是第k次采樣的電流偏差，u(k)、u(k-l)為第k次、第k_l次控制器的輸出，M為電流輸出誤差閾值，ε為適當小的正數(shù)，u_為控制器最大輸出。
[0026]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具備如下有益效果:
[0027](I)控制器硬件由dsPIC33數(shù)字信號控制器構(gòu)成，速度快，處理能力強:
[0028](2)控制規(guī)則結(jié)構(gòu)簡單，能根據(jù)實際情況自動調(diào)整和完善PID參數(shù)的控制規(guī)則，實現(xiàn)在線調(diào)整參數(shù)；
[0029](3)控制器不依賴于對象的數(shù)學(xué)模型，而是根據(jù)系統(tǒng)表現(xiàn)出來的關(guān)鍵特征，在線確定和改變控制策略。
[0030](4)當非線性、時變不確定性和純滯后等特點引入系統(tǒng)時，仍可實現(xiàn)有效控制，從而獲得較好的控制性能。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明逆變電阻焊恒電流智能控制方法的控制結(jié)構(gòu)框圖。
[0032]圖2為本發(fā)明逆變電阻焊恒電流智能控制方法的實施方法框圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明逆變電阻焊恒電流智能控制方法進一步解釋，以下實施例不得解釋為對本發(fā)明創(chuàng)造的限制。
[0034]結(jié)合圖l，IJk)為參考電流，即電流給定值，IciGO為實際輸出焊接電流，電流誤差e(k) = Ir(k)-1D(k), u(k)為控制量，智能控制器上運行恒電流智能控制算法，通過電流檢測反饋信號對模型不確定的控制對象進行閉環(huán)控制，能根據(jù)電流誤差的大小和變化的方向調(diào)整相應(yīng)的控制規(guī)則和參數(shù)，實現(xiàn)恒電流智能控制。
[0035]結(jié)合圖2，系統(tǒng)的控制器為dsPIC33數(shù)字信號控制器，電流反饋信號來自實時檢測的二次側(cè)整流信號，控制信號調(diào)整IGBT的工作狀態(tài)，使得實際焊接電流輸出與給定值相等，以達到恒流控制的目的。
[0036]優(yōu)選的，將恒電流控制的響應(yīng)過程分為3個階段:
[0037]啟動控制階段:是恒電流輸出的啟動階段，電流誤差較大，控制器輸出較大的控制量實現(xiàn)加速控制，以迅速減小電流誤差；
[0038]中期控制階段:電流誤差較小，接近穩(wěn)態(tài)，控制器輸出較弱的控制量，采用參數(shù)可調(diào)的PID控制，在減少穩(wěn)態(tài)誤差的同時抑制超調(diào)的出現(xiàn)；
[0039]穩(wěn)定控制階段:電流誤差很小，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)，利用PID反饋控制維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。
[0040]優(yōu)選的，在控制過程中，通過傳感器不斷采集焊接電流，并與給定值進行比較，獲得電流輸出誤差e(k)，根據(jù)電流誤差表現(xiàn)出來的關(guān)鍵特征，離散控制規(guī)則為:
[0041]規(guī)則1:如果|e(k) I > M，誤差很大，控制器輸出為
[0042]u (k) = Unax
[0043]規(guī)則2:如果e(k) I ( z，誤差很小，控制器輸出為
[0044]u (k) = k；e (k)
[0045]規(guī)則3:如果 e(k).Δ e (k) <0，Δ e (k).Δ e (k~l) >0，ε < e (k) < M，誤差正在減小，控制器輸出為u (k) = u (k-1)
[0046]規(guī)則4:如果 ε < |e(k)| <M，且滿足 e(k).Δ e (k) > O 或 e (k).Δ e (k) <0，Ae(k).Ae(k-l) <0SAe(k) = 0，說明誤差較大且沒有減小的趨勢，控制器輸出為u (k)=u (k-1) +kp [e (k) _e (k_l) ] +k；e (k) +kd [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)]
[0047]上述規(guī)則中比例、微分和積分系數(shù)kp、kd、1^按照如下規(guī)則自動調(diào)整:
[0048](I)如果 e(k) < O 且 Δ e (k) <0，kp增大，k i減小，k d減??；
[0049](2)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) <0，kp增大，k ;不變，k d增大；
[0050](3)如果 e (k) < O 且 Δ e (k) > 0，kp不變，k i不變，k d減?。?br>[0051](4)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) >0，kp減小，k 1增大，k d增大；
[0052](5)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) =0，kp減小，k 1增大，k d增大；
[0053](6)如果 e(k) < O 且 Δ e (k) =0，kp增大，k i減小，k d減?。?br>[0054]其中e(k)是第k次采樣的偏差，u(k)、u(k-l)為第k次、第k_l次控制器的輸出，M為電流輸出誤差閾值，ε為適當小的正數(shù)，u_為控制器最大輸出。
[0055]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征、優(yōu)點。但本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明要求的保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.逆變電阻焊恒電流智能控制方法，其特征是:采用dsPIC33數(shù)字信號控制器作為系統(tǒng)的控制器，控制器上運行恒電流智能控制算法，通過二次側(cè)整流檢測的電流反饋信號對IGBT全橋逆變電路進行閉環(huán)控制，能根據(jù)誤差的大小和變化的方向調(diào)整相應(yīng)的控制規(guī)則和控制參數(shù)，實現(xiàn)恒電流智能控制。2.逆變電阻焊恒電流智能控制方法，其特征是:將恒電流輸出的控制過程分為3個階段: 啟動控制階段:是恒電流輸出的啟動階段，電流誤差較大，控制器輸出較大的控制量實現(xiàn)加速控制，以迅速減小電流誤差； 中期控制階段:電流誤差較小，接近穩(wěn)態(tài)，控制器輸出較弱的控制量，采用參數(shù)可調(diào)的PID控制，在減少穩(wěn)態(tài)誤差的同時抑制超調(diào)的出現(xiàn)； 穩(wěn)定控制階段:電流誤差很小，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)，利用PID反饋控制維持系統(tǒng)的穩(wěn)定；在控制過程中，通過傳感器不斷采集焊接電流，并與給定值進行比較，獲得電流輸出誤差e(k)，根據(jù)電流誤差表現(xiàn)出來的關(guān)鍵特征，離散控制規(guī)則為: 規(guī)則1:如果|e(k) I > M，誤差很大，控制器輸出為 u (k) = Unax 規(guī)則2:如果|e(k) I ( ε，誤差很小，控制器輸出為 u (k) = k；e (k) 規(guī)則 3:如果 e (k).Δ e (k) <0，Δ e (k).Δ e (k_l) >0，ε < e (k) < M，誤差正在減小，控制器輸出為u (k) =u (k-1)規(guī)則 4:如果 ε < I e (k) I < M，且滿足 e (k).A e (k) > O 或 e (k).A e (k) <0，Δ e (k).Δ e (k_l) < O 或 Ae(k) = 0，說明誤差較大且沒有減小的趨勢，控制器輸出為 u (k) =u (k-1) +kp [e (k) _e (k-1) ] +k；e (k) +kd [e (k) _2e (k-1) +e (k_2)] 上述規(guī)則中比例、微分和積分系數(shù)kp、kd、1^按照如下規(guī)則自動調(diào)整: (1)如果e(k) < O且A e (k) <0，kp增大，k ;減小，k ^咸??； (2)如果e(k)> O且Δ e(k) <0，kp增大，k i不變，k d增大； (3)如果e(k) < O且Δ e (k) >0，kp不變，k i不變，k d減小; (4)如果e(k)> O且Δ e (k) >0，kp減小，k i增大，k d增大； (5)如果e(k)> O且Δ e (k) =0，kp減小，k潘大，k d增大； (6)如果e(k) < O且A e (k) =0，kp增大，k ;減小，k滿?。? 其中e(k)是第k次采樣的偏差，u (k)、u (k-1)為第k次、第k_l次控制器的輸出，M為電流輸出誤差閾值，ε為適當小的正數(shù)，u_為控制器最大輸出。
【文檔編號】G05B19/042GK105892342SQ201510018133
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月14日
【發(fā)明人】劉學(xué)明, 李美清, 胡松明, 梁爵鴻, 徐明祥
【申請人】應(yīng)城駿騰發(fā)自動焊接裝備有限公司