电子产品世界

根据以上的设计思路，采用VHDL语言描述、以状态机的形式设计ADC控制器。
2．1．2 DPWM控制器
数字PWM(DPWM)控制器作为连接控制算法与焊接电源主回路的桥梁，作用至关重要。在以DPWM方式控制的逆变电源系统中，DPWM一般可以分为电压型DPWM和电流型DPWM两种方式。电流型DPWM反馈电流和锯齿波叠加后，与控制信号直接比较，DPWM信号可以迅速输出电流的变化，动态性能较好，因此本文采用电流型设计方案。
DPWM控制器一般需要满足：占空比可变，而且PWM占空比更新快；有足够的死区时间保证IGBT可靠关断；能快速抑制不正常输出电流的突变，以防止焊接电源负载在短路、焊接电弧、断路之间切换时造成系统不稳定；当出现过流等异常现象时，能快速封锁DPWM驱动信号，保护主回路。
此外，为了避免系统输出出现极限震荡现象，要求DPWM控制信号的分辨率要高于采样分辨率。本设计中，ADC有效采样分辨率设置为10位，采用150 MHz的计数频率和30 kHz的逆变器开关频率，由式(1)可推算出DPWM控制信号的分辨率：
为DPWM控制信号的分辨率。代入实际数据可得，计数上限为5000，即至少13位的分辨率，高于ADC的采样分辨率。综合上述分析，电流型DPWM控制器的结构如图2所示。

2．1．3 双闭环控制算法
(1)电流控制方案
脉冲MIG焊一般采用带后中值的焊接电流波形，如图3所示。焊接过程的要求各阶段电流稳定，且峰值电流Ip、基值电流Ib、中值电流Im以及电流变化斜率都应精确控制，以保证焊缝质量。因此，保证控制脉冲参数的精度为电流控制的基本要求。闭环形式的PID算法最为常用，但是各阶段的电流变化斜率不尽相同，即使反复选择PID算式的kp、ki、kd参数，也只能折中各阶段的控制指标。变参数PID控制则可以分段设定kp、ki、kd参数，优化控制效果。本文采用变参数PID作为控制方案。

根据波形的6个阶段，将PID参数分为6组，分别分段调试取优后存储。工作时控制器根据当前的焊接电流阶段选择最优PID参数，以充分保证焊接电流的各个指标。这里采用增量式PID方案，变参数PID电流环控制方案如图4所示。

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关键词： NiosII FPGA 逆变焊接 电源控制器