逆变电阻焊恒电流智能控制方法
【专利摘要】本发明公开逆变电阻焊恒电流智能控制方法，采用dsPIC33数字信号控制器作为系统的控制器，控制器上运行恒电流智能控制算法，通过二次侧整流检测的电流反馈信号对IGBT全桥逆变电路进行闭环控制，将恒电流输出的控制过程分为启动控制、中期控制、稳定控制3个阶段，控制器能根据输出电流误差的大小和变化的方向调整相应的控制规则和控制参数，实现恒电流智能控制。控制规则结构简单，不依赖于对象的数学模型，当非线性、时变不确定性和纯滞后等特点引入系统时，仍可实现有效控制，从而获得较好的控制性能。
【专利说明】
逆变电阻焊恒电流智能控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及逆变电阻焊控制方法，尤其涉及到一种应用于大功率逆变恒流电阻焊的智能控制方法。
【背景技术】
[0002]逆变恒流电阻焊机改变了传统的工频斩波控制方式，采用逆变控制过程，将其工作频率提高至千赫兹级别，响应时间提高至毫秒级别，比传统工频电阻焊机工作效率大大提高，因此响应速度快，控制精度高，焊接性能好，有效功率高，比传统焊接省电30%以上，对电网无污染、无冲击。
[0003]在逆变电阻焊中广泛采用恒电流控制方法，通过实时检测焊接电流并与给定值进行比较，利用电流偏差来调整脉宽，使得实际焊接电流与给定值相等，以达到恒流控制的目的。
[0004]常用的恒电流控制算法主要有PID控制、模糊控制等，这2种算法能基本消除控制过程的超调和振荡，基本实现控制目标，但都存在很大的缺点。PID控制方法需要建立精确的数学模型，而逆变电阻焊恒电流控制过程是一个复杂的变化过程，难以建立精确的数学模型，PID参数的整定也较复杂且需要经常调整。模糊控制存在量化误差，鲁棒性不高，且算法比较复杂。由于电阻焊系统的非线性、时变、复杂变化等特点，上述的传统控制算法很难取得最佳的控制效果。
【发明内容】
[0005]为了解决【背景技术】中的问题，本发明提供一种逆变电阻焊恒电流智能控制方法，设计的智能控制器不依赖于对象的数学模型，而是根据系统表现出来的关键特征，在线确定和改变控制策略。当非线性、时变不确定性和纯滞后等特点引入系统时，仍可实现有效控制，从而获得较好的控制性能。控制算法把控制规则函数化，能根据误差的大小和变化的方向自动调整参数和控制规则，以适应对象和扰动的动态特性变化，实时性强，实现简单。为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]采用dsPIC33数字信号控制器作为系统的控制器，控制器上运行恒电流智能控制算法，通过二次侧整流检测的电流反馈信号对IGBT全桥逆变电路进行闭环控制，根据误差的大小和变化的方向调整相应的控制规则和控制参数，实现恒电流智能控制。
[0007]将恒电流输出的控制过程分为3个阶段:
[0008]启动控制阶段:是恒电流输出的启动阶段，电流误差较大，控制器输出较大的控制量实现加速控制，以迅速减小电流误差；
[0009]中期控制阶段:电流误差较小，接近稳态，控制器输出较弱的控制量，采用参数可调的PID控制，在减少稳态误差的同时抑制超调的出现；
[0010]稳定控制阶段:电流误差很小，系统接近稳态，利用PID反馈控制维持系统的稳定。[0011 ] 在控制过程中，通过传感器不断采集焊接电流，并与给定值进行比较，获得电流输出误差e(k)，根据电流误差表现出来的关键特征，离散控制规则为:
[0012]规则1:如果|e(k) I > M，误差很大，控制器输出为
[0013]u (k)=unax
[0014]规则2:如果|e(k) I ( z，误差很小，控制器输出为
[0015]u (k) = k；e (k)
[0016]规则3:如果 e (k).Δ e (k) <0，Δ e (k).Δ e (k_l) >0，ε < | e (k) | < Μ，误差正在减小，控制器输出为u (k) = u(k-l)
[0017]规则4:如果 ε < I e (k) I < M，且满足 e (k).Δ e (k) > O 或 e (k).Δ e (k) < 0，Ae(k).Ae(k-l) <0SAe(k) = 0，说明误差较大且没有减小的趋势，控制器输出为u (k)=u (k-1) +kp [e (k) _e (k_l) ] +k；e (k) +kd [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)]
[0018]上述规则中比例、微分和积分系数kp、kd、1^按照如下规则自动调整:
[0019](I)如果 e(k) < O 且 Δ e (k) <0，kp增大，k i减小，k d减小；
[0020](2)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) <0，kp增大，k ;不变，k d增大；
[0021](3)如果 e(k) < O且 Ae(k) > 0，kp 不变，k i 不变，k d 减小；
[0022](4)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) >0，kp减小，k 1增大，k d增大；
[0023](5)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) =0，kp减小，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减小，k d减小；
[0025]其中e(k)是第k次采样的电流偏差，u(k)、u(k-l)为第k次、第k_l次控制器的输出，M为电流输出误差阈值，ε为适当小的正数，u_为控制器最大输出。
[0026]由于采用了上述技术方案，本发明具备如下有益效果:
[0027](I)控制器硬件由dsPIC33数字信号控制器构成，速度快，处理能力强:
[0028](2)控制规则结构简单，能根据实际情况自动调整和完善PID参数的控制规则，实现在线调整参数；
[0029](3)控制器不依赖于对象的数学模型，而是根据系统表现出来的关键特征，在线确定和改变控制策略。
[0030](4)当非线性、时变不确定性和纯滞后等特点引入系统时，仍可实现有效控制，从而获得较好的控制性能。
【附图说明】
[0031]图1为本发明逆变电阻焊恒电流智能控制方法的控制结构框图。
[0032]图2为本发明逆变电阻焊恒电流智能控制方法的实施方法框图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图对本发明逆变电阻焊恒电流智能控制方法进一步解释，以下实施例不得解释为对本发明创造的限制。
[0034]结合图l，IJk)为参考电流，即电流给定值，IciGO为实际输出焊接电流，电流误差e(k) = Ir(k)-1D(k), u(k)为控制量，智能控制器上运行恒电流智能控制算法，通过电流检测反馈信号对模型不确定的控制对象进行闭环控制，能根据电流误差的大小和变化的方向调整相应的控制规则和参数，实现恒电流智能控制。
[0035]结合图2，系统的控制器为dsPIC33数字信号控制器，电流反馈信号来自实时检测的二次侧整流信号，控制信号调整IGBT的工作状态，使得实际焊接电流输出与给定值相等，以达到恒流控制的目的。
[0036]优选的，将恒电流控制的响应过程分为3个阶段:
[0037]启动控制阶段:是恒电流输出的启动阶段，电流误差较大，控制器输出较大的控制量实现加速控制，以迅速减小电流误差；
[0038]中期控制阶段:电流误差较小，接近稳态，控制器输出较弱的控制量，采用参数可调的PID控制，在减少稳态误差的同时抑制超调的出现；
[0039]稳定控制阶段:电流误差很小，系统接近稳态，利用PID反馈控制维持系统的稳定。
[0040]优选的，在控制过程中，通过传感器不断采集焊接电流，并与给定值进行比较，获得电流输出误差e(k)，根据电流误差表现出来的关键特征，离散控制规则为:
[0041]规则1:如果|e(k) I > M，误差很大，控制器输出为
[0042]u (k) = Unax
[0043]规则2:如果e(k) I ( z，误差很小，控制器输出为
[0044]u (k) = k；e (k)
[0045]规则3:如果 e(k).Δ e (k) <0，Δ e (k).Δ e (k~l) >0，ε < e (k) < M，误差正在减小，控制器输出为u (k) = u (k-1)
[0046]规则4:如果 ε < |e(k)| <M，且满足 e(k).Δ e (k) > O 或 e (k).Δ e (k) <0，Ae(k).Ae(k-l) <0SAe(k) = 0，说明误差较大且没有减小的趋势，控制器输出为u (k)=u (k-1) +kp [e (k) _e (k_l) ] +k；e (k) +kd [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)]
[0047]上述规则中比例、微分和积分系数kp、kd、1^按照如下规则自动调整:
[0048](I)如果 e(k) < O 且 Δ e (k) <0，kp增大，k i减小，k d减小；
[0049](2)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) <0，kp增大，k ;不变，k d增大；
[0050](3)如果 e (k) < O 且 Δ e (k) > 0，kp不变，k i不变，k d减小；
[0051](4)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) >0，kp减小，k 1增大，k d增大；
[0052](5)如果 e(k) > O 且 Δ e (k) =0，kp减小，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减小，k d减小；
[0054]其中e(k)是第k次采样的偏差，u(k)、u(k-l)为第k次、第k_l次控制器的输出，M为电流输出误差阈值，ε为适当小的正数，u_为控制器最大输出。
[0055]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征、优点。但本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都应包含在本发明的保护范围之内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.逆变电阻焊恒电流智能控制方法，其特征是:采用dsPIC33数字信号控制器作为系统的控制器，控制器上运行恒电流智能控制算法，通过二次侧整流检测的电流反馈信号对IGBT全桥逆变电路进行闭环控制，能根据误差的大小和变化的方向调整相应的控制规则和控制参数，实现恒电流智能控制。2.逆变电阻焊恒电流智能控制方法，其特征是:将恒电流输出的控制过程分为3个阶段: 启动控制阶段:是恒电流输出的启动阶段，电流误差较大，控制器输出较大的控制量实现加速控制，以迅速减小电流误差； 中期控制阶段:电流误差较小，接近稳态，控制器输出较弱的控制量，采用参数可调的PID控制，在减少稳态误差的同时抑制超调的出现； 稳定控制阶段:电流误差很小，系统接近稳态，利用PID反馈控制维持系统的稳定；在控制过程中，通过传感器不断采集焊接电流，并与给定值进行比较，获得电流输出误差e(k)，根据电流误差表现出来的关键特征，离散控制规则为: 规则1:如果|e(k) I > M，误差很大，控制器输出为 u (k) = Unax 规则2:如果|e(k) I ( ε，误差很小，控制器输出为 u (k) = k；e (k) 规则 3:如果 e (k).Δ e (k) <0，Δ e (k).Δ e (k_l) >0，ε < e (k) < M，误差正在减小，控制器输出为u (k) =u (k-1)规则 4:如果 ε < I e (k) I < M，且满足 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，说明误差较大且没有减小的趋势，控制器输出为 u (k) =u (k-1) +kp [e (k) _e (k-1) ] +k；e (k) +kd [e (k) _2e (k-1) +e (k_2)] 上述规则中比例、微分和积分系数kp、kd、1^按照如下规则自动调整: (1)如果e(k) < O且A e (k) <0，kp增大，k ;减小，k ^咸小； (2)如果e(k)> O且Δ e(k) <0，kp增大，k i不变，k d增大； (3)如果e(k) < O且Δ e (k) >0，kp不变，k i不变，k d减小; (4)如果e(k)> O且Δ e (k) >0，kp减小，k i增大，k d增大； (5)如果e(k)> O且Δ e (k) =0，kp减小，k潘大，k d增大； (6)如果e(k) < O且A e (k) =0，kp增大，k ;减小，k满小； 其中e(k)是第k次采样的偏差，u (k)、u (k-1)为第k次、第k_l次控制器的输出，M为电流输出误差阈值，ε为适当小的正数，u_为控制器最大输出。
【文档编号】G05B19/042GK105892342SQ201510018133
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月14日
【发明人】刘学明, 李美清, 胡松明, 梁爵鸿, 徐明祥
【申请人】应城骏腾发自动焊接装备有限公司