数字化控制概述：拓展智能化技术应用

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：采用计算机技术以0和1的方式完成闭环数字化控制，高速DSP/微处理器、软件及IC集成电路扮演了核心角色，实现了硬件向软件控制的过渡，通信能力较强。2）接口的兼容性好：大量采用单片机、DSP等数字芯片，便捷地与外部设备建立数据交换通道，实现大量的信息交换和网络化管理与监控等。数字化控制已经历了两个阶段：一是单片机控制，二是DSP控制。

1.控制技术的发展

近几十年来计算机技术的迅猛发展，对弧焊电源的控制技术进步起到了积极的推动作用。弧焊电源的控制经历了由机械式、电磁式控制的粗放型到电子式、数字式控制的精确型的转变。弧焊电源数字化控制技术，按计算机技术及其出现先后来分类，可分为单片微机控制、DSP控制、ARM嵌入式控制；按控制方法及其出现先后来分类，可分为PID控制、模糊逻辑控制、人工神经网络控制等。弧焊逆变器实现数字化控制，充分发挥节能功率逆变与数字化控制技术结合的优势，显示两大现代特征的结合。

2.数字化控制的功能模块

（1）逆变主电路的数字化弧焊逆变器的推广标志着弧焊电源的主电路从模拟到数字化的跨越，逆变主电路的功率开关管工作在0和1的数字开关状态。开关频率提高，响应速度更快，控制更精确。

（2）控制驱动电路的数字化以DSP（数字信号处理器）或MCU为核心，根据弧焊工艺要求构建控制驱动通道，对给定信号流、故障、参数反馈流和网压信号流作综合处理与运算控制。

（3）专家数据库软件系统将专家的实验数据作为系统输入，固化到弧焊电源内部形成专家系统/数据库，使操作变得简单、方便。

（4）人机界面使用者需要根据被焊工件的材质、板厚、焊丝材料和直径、保护气体成分等对焊接参数进行调整，需要有设置软键盘和液晶显示或数码管显示的操作界面/面板，既简单方便又直观。

3.数字化控制的特点

模拟控制存在的问题：电路设计的效率低，调试期长，控制精度低，可靠性较差。采用计算机技术以0和1的方式完成闭环数字化控制，高速DSP/微处理器、软件及IC集成电路扮演了核心角色，实现了硬件向软件控制的过渡，通信能力较强。逆变主电路本身属数字式功率开关控制、大多数的数字化控制在弧焊逆变器基础上开发，通过软、硬件结合，除了实现电气特性“宏观”控制外，还进行焊接程序、参数优化匹配、波形变换、引弧、收弧过程等更“微观”、灵活、精密、柔性控制。它正朝着向高速、高精尖和智能化、多功能以及在线升级方向发展。其特点如下。

1）多功能集成：通过数字控制器软件编程代替模拟式硬件电路，同一套硬件可实现不同焊接工艺、工件和焊丝材质、尺寸、保护气，选用不同控制策略、参数，实现多功能，工艺效果大幅度提高。模拟系统的配置和增益由阻容网络等硬件参数所决定，一旦确定就很难改变。而在数字系统中，这一切仅改变软件而已。

2）接口的兼容性好：大量采用单片机、DSP等数字芯片，便捷地与外部设备建立数据交换通道，实现大量的信息交换和网络化管理与监控等。

3）具有更好的稳定性：模拟系统的阻容参数的容差、漂移导致温度稳定性、一致性较差，而数字化控制的信号处理或算法通过软件的运算来完成，稳定性、一致性好。

4）具有更高的控制精度：模拟控制的精度由元件参数值和特性引起的误差所决定。而数字化控制的精度仅仅与模—数转化的量化误差及系统有限字长有关，高精度。

5）便于功能升级：采用软件方式及在线编程技术实现焊接工艺过程控制功能，方便、快速升级。

数字化控制已经历了两个阶段：一是单片机控制，二是DSP控制。从某种意义上说，只有在弧焊电源进入到直接数字化阶段，才真正实现了数字化及其优势。

数字化控制概述：拓展智能化技术应用

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