dsp在焊接领域的应用

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1、dsp在焊接领域的应用DSP在焊接领域的应用ApplicationofDSPinWelding常云龙杨旭张建民（沈阳工业大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110023）摘要：结合DSP的特点，介绍了基于DSP的数字化电焊机的控制系统构成及工作原理。分别应用实例讨论了DSP在CO2/MIG焊、电阻点焊、弧焊逆变电源等方面的应用。关键词：DSP；焊接电源；数字化Abstract:CombinedthefeaturesofDSP,thecontrolsystemandworkingprincipleofdigitalDSP-basedwelderhavebeeni

2、ntroducedinthispaper.ApplicationofDSPindigitalweldingmachinesuchasCO2/MIGwelding,resistancespotweldingandarcweldinginverterhasbeendiscussed.Keywords:DSP；Weldingpowersource；Digitalization1引言数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到所需要的信号形式。DSP作为数字信号处理的主要方法和手段，自20世纪7

3、0年代末80年代初诞生以来，无论在性能上还是价格上都取得了突破性发展，其应用领域也迅速拓展，DSP已经成为许多工业类产品的核心部件。在焊接领域，随着工业的发展，对焊机性能的要求越来越高。为了能够保证焊接过程的稳定和达到良好的焊接工艺性，就必须对焊接过程的信息进行实时的提取与处理，这就要求控制系统有足够的速度、反应精度和灵敏性，DSP强大的数据处理能力和快速运算能力为焊接信号的实时处理提供了物质基础，可使焊机迅速与信息化、数字化、集成化接轨，提高焊机的高技术含量。实现焊机的信息化控制[1]。2DSP的结构特点2.1多总线结构通用的微处理器大多采用冯诺伊曼结构

4、（如图1），该结构将指令、数据、地址存储在同一存储器中，统一编址，取指令和取数据都是通过一条总线完成的，因此其数据吞吐率低[2]。目前的DSP内部一般采用的是哈佛结构（如图2），该结构具有独立的数据存储空间和程序存储空间，可同时对数据和程序寻址，形成指令和数据并行，从而使其处理能力得到优化，提高了运算速度。2.2流水线操作DSP芯片广泛采用流水线操作，使取址、译码、取操作数和执行等操作可重迭进行，以减少指令执行时间，从而增强了处理器的处理能力。2.3采用硬件乘法器在通用的微处理器中，通过一系列的加法指令来实现乘法运算，而在DSP中都设置了硬件乘法器，乘法可

5、在一个指令周期内完成，使运算速度大为提高。2.4特殊的DSP指令DSP中对指令进行了特殊设计，用来实现一个指令周期完成多个操作，如DMOV、LTD、MPY等，简化了操作的指令个数。2.5快速的指令周期DSP的工作时钟频率很高，其指令周期在200ns以下，TMS320系列的指令周期现在为20ns以下，因此能实现许多实时应用。3基于DSP的焊机控制系统构成及工作原理3.1系统构成基于DSP控制的焊机系统由上位机、DSP控制系统、键盘、显示、电弧电压和焊接电流采样系统和送丝控制系统组成，其中DSP控制系统是该焊机系统的核心，如图3所示。上位机一般由单片机构成，其

6、作用是通过与DSP系统的通讯，提供参数设置、工艺规范存储、故障报警等工作。DSP控制系统主要完成信号实时检测与处理、智能控制算法的实现、PWM脉宽调制、焊接过程程序控制等工作。3.2系统工作原理DSP通过A/D转换器、信号采样电路实时采集焊接电流和电弧电压等现场数据，由DSP对其进行数据处理和运算，得到输出控制信号，实时控制芯片上的PWM接口，输出适当宽度的PWM脉冲信号，经驱动放大后，用于IGBT栅极驱动，以控制电源的输出电流和电压，最终实现焊机输出电流和电压的实时调节。电弧电压和焊接电流由DSP芯片上的A/D转换器采集，送丝机的送丝速度通过DSP输出数

7、据给外接的D/A转换器改变输出电压大小来调节。4DSP在焊接领域的应用目前，将DSP应用于焊接领域已成为国内外专家学者研究的热点，并取得了一定的成果和经验。4.1DSP在CO2/MIG焊接中的应用CO2焊接过程中存在着飞溅大、焊缝成形不好等缺陷，制约了它在生产中的应用和进一步发展。长期以来，焊接工作者为解决这些问题，在焊接电流波形控制方面做了大量的工作，文献2将DSP引入到CO2焊接控制系统中，利用DSP的高运算速度和强运算功能，对CO2短路过程进行控制，从而有效的减少了焊接飞溅，改善了焊缝成形，而且电路简单，调试方便。DSP可以提供更加稳定、精确、灵活的

8、性能，控制也更加柔性化，硬件设计简单化，软件设计多样化，所需外围电