[发明专利]一种电弧转速控制系统及其设计方法

摘要

本发明涉及一种电弧转速控制系统及其设计方法，其中：设计了一种电弧转速控制系统的硬件，工业控制计算机通过数据采集卡和单片机，对电弧转速进行编码，并通过控制继电器的接通或断开，控制电弧转动或不转动，同时，利用脉冲宽度调制的方法，对电弧转速进行控制，通过光耦和光码盘，完成电弧转速的测量，实现电弧转速闭环控制。设计了一种电弧转速控制系统的软件，包括电弧转速控制主程序、定时器0的中断服务程序、定时器1的中断服务程序和外部中断0的中断服务程序。本装置的优点在于：可以实现电弧转速的准确控制，有利于提高旋转电弧传感器的性能，提高焊缝跟踪精度，提高焊接的质量和效率。

主权项

1.一种电弧转速控制系统的设计方法，包括一种电弧转速控制系统硬件的设计方法和一种电弧转速控制系统软件的设计方法，其特征在于：一种电弧转速控制系统硬件的设计方法：工业控制计算机(1)通过数据采集卡(2)和单片机(3)，对电弧转速进行编码，数据采集卡(2)控制继电器(8)的接通或断开，使带动电弧转动的直流电机(4)接入电源或断开电源，将电机电源接入状态输入到单片机(3)的外部中断1端口，单片机(3)通过P1.2端口输出一定占空比的脉冲宽度调制波形，通过放大单元(7)，使带动电弧转动的电机实现软启动，利用光耦(6)测量单位时间内与电弧等速转动光码盘(5)转动的次数，实现电弧转速的测量，根据电弧转速测量值与理论电弧转速值对比，基于单片机实现电弧转速的闭环控制；一种电弧转速控制系统软件的设计方法，主要包括电弧转速控制主程序、定时器0的中断服务程序、定时器1的中断服务程序和外部中断0的中断服务程序；电弧转速控制主程序方法如下：初始化参数，令起始占空比为0，给标志j和标志i都赋值0，判断单片机(3)的P3.3端口是否为低电平，当单片机(3)P3.3端口为低电平时，此时没有焊接，所以，关闭单片机(3)的定时器0、定时器1和外部中断0，并且，使单片机(3)的P1.2端口输出低电平，电机不转动，然后再判断P3.3端口的电平高低，当按下开始焊接按钮，机器人开始焊接时，工业控制计算机(1)通过数据采集卡(2)控制继电器(8)导通，使24伏直流电源接入电机中，同时，P3.3端口为高电平，此时初始化定时器0和定时器1，使定时器0为16位定时器，一个定时周期为13毫秒；使定时器1为自动再装入8位定时器，一个定时周期为0.128毫秒，允许定时器0和定时器1中断，并开启定时器0和定时器1，开启两个定时器后，控制电机进行软启动，使控制电机转动的占空比从0慢慢增长至设置转速对应的占空比，从而使电机转速从0转/秒慢慢增长至设置的电机转速附近，如果占空比第一次达到预定值时，并且标志j的值为0时，初始化外部中断0，设置外部中断0为边缘触发方式，单片机(3)的中央处理器响应中断后，中断标志IE0由硬件自动清除，并且，启动外部中断0允许位，给标志j赋值1，如果占空比一直没有达到设定值，或者标志j的值为1时，判断电机转速调节档位扫描等待的时间是否到达，根据单片机(3)的P1.6端口和P1.7端口的电平状态，设置电机理论转速和理论转动周期；如果扫描等待时间未到，此时，在一个PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)电机控制周期内，判断输出高电平的时间与控制周期之比是否小于当前占空比，如果此比值小于当前占空比，使单片机(3)的P1.2端口输出高电平，24伏直流电源接入电机，使电机转动；如果此比值大于当前占空比，使单片机的P1.2端口输出低电平，24伏直流电源不接入电机，然后再判断单片机(3)的P3.3端口是高电平还是低电平，使此电弧转速控制程序不断循环执行；定时器0的中断服务程序方法如下：定时器0虽然都被设置成了16位定时器，但赋予的初值不同，当初值为52536时，此时定时周期为13毫秒，用于慢慢增加占空比，实现电机的软启动，使电机转速慢慢增加至设置转速附近；当电机软启动完成后，使定时器0的初值为0时，主要用于记录电弧转动一圈所需要的时间；定时器1的中断服务程序方法如下：用于计算电机转速调节档位扫描等待时间，并计算PWM控制电机转动时的控制周期，即一个PWM波的周期，实验过程中，当定时器1每产生10000次中断时，即每经过1.28秒，对电机转速调节档位扫描一次，即扫描一次单片机P1.6和P1.7引脚的电平状态，得出电弧转速的设定值，当定时器1每产生100次中断时，完成了一个PWM控制电机的周期，即一个PWM波的周期为12.8毫秒，其值近似等于电机软启动过程中定时器0的定时周期13毫秒，使占空比每增加1％，完成一个PWM控制周期的电机控制，最终实现了电机的平稳启动；外部中断0的中断服务程序方法如下：完成电机软启动后，实时测量出当前电弧的转速，并与理论转速值对比，根据比较结果，改变占空比的值，实现电弧转速的闭环控制，提高电弧转速控制的精度和可靠性。