基于DSPic30F2020的送丝机的研究

文章编号：1003-6199(2011)04-0130-04

摘 要：设计一种基于DSPic30F2020微控制器的数字化送丝机，送丝机采用无刷直流电机驱动，送丝速度直接由送丝电机反馈。送丝机采用基于电流反馈和速度反馈的双闭环控制，控制精度高，稳定性好。送丝机提供RS485通信接口，便于实现数字化通信。

关键词：电焊机；送丝机；DSP；无刷直流电机

中图分类号： TP23 文献标识码：A

Research of Wire Feeder Based on DSPic30F2020

DENG Fangxiong, ZHOU Guopeng, WANG Zhongyou

(College of electronic and information engineering Xianning University,Xianning 437100,China)

Abstract:This paper designed a digital wire feeder based on DSPic30F2020. Wire feeder is driven by brushless DC motor, and wire speed is fed back directly from the motor. Wire feeder uses the double closedloop control with current feedback and speed feedback. It has the characteristics of high control precision and good stability. Wire feeder provides a RS485 communication interface, easy to implement digital communication.

Key words:welding; wire feeder; DSP; brushless DC motor

1 引 言

送丝机是熔化极气体保护焊装备中一个重要的组成部分，送丝机送丝的好坏直接影响焊接质量［1］。设计者通过改进机械机构，改变送丝电机，改善送丝控制系统等方法来提高送丝质量［3］。目前，送丝机多采用电机驱动，电子控制为主。控制多采用模拟方法，导致控制精度欠佳，且不便于实现自动焊接。为了提高送丝机的控制精度，便于实现自动焊接,送丝机采用数字控制成为一种选择。本文设计了一种基于DSPic30f2020控制芯片的送丝机，送丝速度的采集和送丝电机的控制都实现了数字化，并具备了与焊接电源或上位机通信的接口。

2 送丝机总体设计

送丝机总体框图如图1所示，送丝机以DSPic30F2020微控制器为核心。DSPic30F2020是美国微芯公司专为数字电源控制开发的一款16位的数字信号处理器，工作频率最高达到30MHz，该处理器带有2M采样频率的10位模数转换器，具有16位分辨率的PWM驱动引脚，能够满足送丝机控制的高速度和高精度要求。

送丝机采用无刷直流电机作为动力元件。随着新型永磁材料和电力电子器件的不断进步，无刷直流电机得到了飞速的发展，其结构精巧，调速性能优良［2］。无刷直流电机自身具有霍尔元件，能够对转子的位置进行检测，霍尔元件输出的信号还可以用于速度的检测。本设计选用的无刷直流电机额定工作电压为DC48V,功率60W。

3 送丝机控制电路设计

3.1 控制器核心电路

以DSPic30F2020微控制器为核心的控制电路如图2所示。图中常开开关S1用于切换工作方式，按键每按一次，工作方式切换一次，并有两个发光二极管D1和D2显示目前处于第一种控制方式还是第二种控制方式。

第一种工作方式的转速由手动输入，旋动电位器R1改变电位器输出电压，控制芯片通过对电位器的输出电压进行AD转换获取转速设定值，电机的启动和停止由RS485总线输入的高低电平决定，在这种模式下，电机不能够反转，送丝机不能够实现抽丝动作。

第二种工作方式的转速由焊接电源或其他上位机通过RS485总线发送的指令决定，电机的启动和停止也由指令决定，并返回确认信息。

微控制器接收电机霍尔位置传感器输出的脉冲信号，微控制器根据脉冲频率直接获取无刷直流电机的转速和转子的位置信息。微控制器根据位置信息输出控制信号对主电路的开关管进行开关控制，控制信号波形如图3所示。为了稳定转速和调速，控制上桥臂的信号采用脉宽调制，下桥臂不采用脉宽调制。工作过程中可以根据无刷直流电机位置传感器反馈的位置信号，有规律的控制开关管的导通与关闭，实现无刷直流电机的正反转。

3.2 电机控制器主电路设计

图4为送丝机电机控制主电路380V交流电通过变压器降压并由整流桥进行整流，再由电容滤波［5］，形成平稳的48V直流电。快速MOSFET管IRF540作为功率开关管，具有通态电阻小，开关速度快的特点。采用电阻对主电路中流过的电流进行采样，采样信号比较微弱，经过放大电路放大后输送给微控制器和开关管驱动电路。

3.3 开关管驱动电路设计

开关管采用专用驱动芯片IR2110S驱动。该芯片内部集成了电压自举电路，大大简化了驱动电路的设计。该芯片的SD引脚在接收到高电平信号后，关闭所有驱动信号［4］。SD引脚连接主电路的电流反馈信号用来保护开关管和电机。开关管驱动电路如图5所示。

4 送丝机控制软件设计

本系统的控制全部由软件实现，软件主要完成的功能为电机的转速控制，工作方式的切换，焊接参数的设定，过流保护等。

4.1 双闭环调速设计

为了保证送丝速度的稳定，需要对送丝电机进行反馈控制［6］。本系统采用电流反馈和速度反馈串级控制方式，控制方案如图6所示。外环给定值为送丝速度，反馈值为送电机转速，外环对速度差值进行PI调节后的输出作为内环的给定，内环的反馈值为开关电路的电流反馈，差值进行PI调节后作为PWM的占空比值。串级控制系统的反应速度更快，适合稳定性要求较高的送丝机电机控制。

4.省略)；周国鹏（1972―），男，湖北咸宁人，教授，博士，研究方向：电力系统自动化。