基于伺服加压的逆变点焊机

1、引言逆变电源由于具有电源体积孝重量轻、功率因数和控制精度高等优点已成为点焊电源主要的研究方向。伺服加压具有精度高、周期短、工件及电极1实现软接触等特点，越来越多地取代气动加压。而随着电子技术和半导体技术的发展，点焊过程控制也由简单控制向智能控制方向发展，嵌入式芯片将2在点焊系统中获得无法挑战的地位。因此，本文将从以上三个方面，介绍逆变伺服加压电焊机的结构及原理。1系统整体设计1.1点焊逆变电源系统3电阻焊逆变电源系统由逆变器、变压器以及整流器构成。采用IGBT全桥逆变点焊电源，逆变频率为1kHz。其主要形式如图1，主要由输入整流4滤波电路、全桥逆变主电路、焊接变压器、次级整流电路等几部分组成。

2、图1IGBT全桥逆变电路作为大功率复合元器件，IGBT有着高阻抗输入5、热稳定性能好、开关频率高、容易触发以及可以承受高电压强电流等优点。在驱动电路的控制下，IGBT1、IGBT4和IGBT2、IGBT63会交替的开通和关断，超前管IGBT1和IGBT2利用其并联的电容和变压器的漏感来实现零电压导通，在环流期间可以利用隔直电容C来加快7环流衰减，从而使IGBT3、IGBT4滞后管实现零电流关断，同时饱和电感L能起到阻止Ls、C反向震荡的作用，当在滞后管开通的时候，L8处于不饱和状态，此时电流上升比较慢，而电压下降的较快，实现了零电流开通。1.2伺服加压机构电阻点焊加压系统的组成如图2所示，由焊

3、接电9源、运动控制器、驱动器、伺服电机、编码器、执行机构等组成。其中，运动控制器、驱动器、伺服电机、编码器、限位开关及加压连接机构组成伺服10加压系统，和点焊逆变电源系统共同组成电阻点焊系统。其中伺服控制器主要包含电机控制电路以及电机调速电路，用于控制电机的启动、停止、正转11、反转、快速运动和慢速运动。点焊系统的参数设置由焊接电源端的人机界面设置，焊接电流和焊接时间由焊接电源控制，伺服加压系统控制电极位移12、速度、压力，通过焊接电源和运动控制器的信号互动来达到焊接参数的匹配。伺服电机使用联轴器来带动滚珠丝杆旋转，由丝杆螺母通过连接机构实13现电极的进给，电机旋转量和旋转速度决定了电极的进给

4、量和进给速度，转矩决定了电极压力。焊接电源的控制精度决定了焊接电流和焊接时间的控制14精度，伺服加压系统的特性决定电极定位的控制精度和高效率。图2点焊伺服加压组成机构2点焊机控制器系统硬件的设计一台完整的逆变伺服加压点15焊机从硬件上看，应由3部分构成：逆变电源、伺服加压机构和控制器。需要控制的设备有三个：电源、人机交互界面和加压机构。故需要4块电路板16，分别是逆变电源电路板、人机交互面板、电机驱动电路板和控制器电路板。其基本框架如图3所示。图3控制器硬件框图核心控制器作为点焊机的控17制核心，主要作用体现在四方面：通过串口RS232准确接收来自人机交互系统的预设焊接参数；通过I/O口实现对

5、逆变电源开、关，以及电18流大小的精确控制；通过I/O口实现对加压机构直流电机的开、关，电机正、反转以及转速大小的精确控制；根据点焊工艺过程各阶段的时间参19数，运用顺序控制的算法对逆变电源和加压机构准确控制，从而按编排的工艺过程（预压、预热、焊接、维持、休止）各阶段顺序执行。其具体功能如20图4所示。图4控制器功能图根据电阻焊工艺特点，该控制器必须具有运算速度快、中断能力强、抗干扰能力强、丰富的接口等特征。根据以上特点，21确定以意法半导体公司生产的低功耗、高性能、I/O丰富的STM32F103ZET6作为点焊控制系统的主控芯片。其片上集成32512K22B的Flash存储器，664KB的S

6、RAM存储器，时钟可达72MHz，运算速度快，集成度高，并且自带2个12位的s级A/D23转换器（16通道）和2通道12位D/A转换器，拥有复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等功能，控制功能完善。3系统软件设计24在机械和控制电路硬件设计的基础上，通过软件的编写来实现所需要的功能，程序的设计采用主程序和子程序结合的方式，各部分功能全部采用相应的25子程序实现，最后通过主程序调用子程序实现整个系统的控制。在软件开发环境IAR下，结合STM32F103ZET6芯片的特点，将26C/OS-II移植到主控芯片上，在移植过程修改相应的代码。创建焊接参数显示及电流曲线实时绘制等任务函数，利用C/OS-II的27实时调度，实现触摸屏人机交互界面的焊接参数输入、显示，焊接完成后焊接电流曲线自动生成。伺服加压的软件框图如图5所示。图5伺服加压控制28系统的软件流程图4结论将逆变