《高效綠色逆變弧焊電源非線性最佳化控制》是依託山東大學，由段彬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高效綠色逆變弧焊電源非線性最佳化控制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：段彬
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
有工業縫紉機之稱的弧焊電源在國防和國民經濟建設中的作用舉足輕重。然而，弧焊電源異常複雜的非線性時變特性，不僅制約著焊接質量大幅提高，而且使其能耗大、電磁污染嚴重、可靠性低等頑疾長期未得到徹底解決，亟需新的理論和方法予以突破。本項目擬首先研究基於無源輔助諧振網路的高頻軟開關逆變拓撲，提高系統效率和動態回響；然後研究並提出一種基於哈密頓理論的弧焊電源整體建模、分析與能量最佳化控制方法，從電路和控制的角度全面保證能量的高效利用和熔滴過渡的精細控制，解決有色金屬、高強鋼等的高質量焊接難題；並運用不確定時變系統魯棒估計理論，研究高性能、快回響的焊接反饋信息濾波算法，克服強幹擾因素的不利影響，提升系統可靠性；最後構建基於SOPC的實驗平台驗證成果。本項目屬電力電子技術和非線性科學交叉前沿方向，不僅對相關理論研究與套用有顯著促進作用，而且對發展具有自主智慧財產權的先進弧焊技術和推進其產業化具有重大意義。
結題摘要
逆變弧焊電源在國防和國民經濟建設中的作用舉足輕重。焊接質量的好壞直接影響生產效能甚至人身安全。因此，提高焊接過程的可控性和效率，保證焊接質量，具有重大的現實意義。本項目按照立項時的申請書計畫順利執行, 全面研究了逆變弧焊電源的拓撲電路、非線性建模與控制、焊接信息精確檢測方法等關鍵科學與技術問題，以期全面提升系統的效率和魯棒性。 （1）設計了單逆變器大功率逆變弧焊電源主電路拓撲 本項目研究了適合於大功率逆變弧焊電源的新型軟開關逆變拓撲，提出了一種單逆變器大功率逆變弧焊電源主電路拓撲結構，並探索了基於新型SiC器件的功率變換電路，計算和分析了吸收電容和電阻、諧振電容和電感等參數，並通過實驗驗證，為進一步提高焊接過程的可控性和效率奠定了基礎。 （2）提出了全橋逆變電路偏磁抑制方法 針對全橋逆變電路易產生偏磁而造成系統可靠性低的難題，提出了一種模擬檢測與數字控制相結合的偏磁實時檢測與抑制方法，並設計了偏磁控制器，能夠實時輸出偏磁信號產生的時刻和強弱，並快速、有效地抑制偏磁。可推廣套用於全橋逆變電路。 （3）研究了基於雙閉環的全橋逆變器數字控制方法並最佳化了熔滴過渡控制策略 通過對逆變弧焊電源整體建模，提出了基於雙閉環的全橋逆變器數字控制方法，通過仿真實驗對比，新方法能夠加快系統收斂速度，提高穩定精度。設計基於模糊算法的弧長與熔滴過渡控制策略，實現了焊接電弧的精準控制，保證了焊接過程的穩定和不同工藝條件下的焊接質量。 （4）研究了執行器飽和時連線埠控制的Hamilton系統的干擾容限和魯棒估計方法 研究了執行器飽和時，開環可能不穩定的多輸入Hamilton系統的干擾容限和H∞控制問題；提出了焊接電源信號的H∞數字濾波方法，實驗表明當系統的狀態和噪聲變化時，H∞濾波器對外界干擾的影響具有更強的魯棒性，濾波效果良好。 （5）搭建了基於SOPC的全數字逆變弧焊電源試驗平台 本項目設計了基於混合信號FPGA的控制系統，集A/D採樣、控制策略、焊接工藝專家庫等多任務於一體，驗證了所研究成果的性能；設計的全數字逆變弧焊電源系統性能可靠，能夠確保穩定的焊接過程，滿足逆變弧焊工藝要求，保證焊接質量。 該項研究的成果不僅對相關理論研究與套用具有促進作用，而且對發展具有自主智慧財產權的先進弧焊技術和推進其產業化重大意義。
