本发明专利技术公开了模块化斩波式等离子切割电源控制方法及装置，该方法为：电源输出电压开环控制软启动，然后斩波模块输出电流独立阶跃闭环控制：当气隙击穿引弧成功后，数字化控制器对斩波模块的输出电流进行独立阶跃闭环控制，并依据等离子切割电源总输出电流指令值iz选择不同的斩波模块进行闭环控制。装置包括在数字控制器内的总输出指令电流设定模块、斩波模块指令电流分配模块、四路数字PI算法模块、四路PWM信号模块和四路电流信号采样模块。本发明专利技术采用输出电压开环控制，输出电流独立闭环控制，无需实时检测输出电压，控制简单。本发明专利技术不用在电压环和电流环之间不停地切换，容易引弧成功，可靠性高，并且可以延长使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了模块化斩波式等离子切割电源控制方法及装置，该方法为：电源输出电压开环控制软启动，然后斩波模块输出电流独立阶跃闭环控制：当气隙击穿引弧成功后，数字化控制器对斩波模块的输出电流进行独立阶跃闭环控制，并依据等离子切割电源总输出电流指令值iz选择不同的斩波模块进行闭环控制。装置包括在数字控制器内的总输出指令电流设定模块、斩波模块指令电流分配模块、四路数字PI算法模块、四路PWM信号模块和四路电流信号采样模块。本专利技术采用输出电压开环控制，输出电流独立闭环控制，无需实时检测输出电压，控制简单。本专利技术不用在电压环和电流环之间不停地切换，容易引弧成功，可靠性高，并且可以延长使用寿命。【专利说明】一种模块化斩波式等离子切割电源控制方法及装置
本专利技术属于等离子切割电源
，具体涉及一种基于模块化斩波式拓扑结构的等离子切割电源的控制方法，该方法基于带四路斩波模块的全数字控制大功率等离子切割电源系统实现。
技术介绍
空气等离子弧切割是一种热切割技术，利用等离子弧的高温将被切金属局部熔化并蒸发，同时借助高速等离子气流将已经熔化的金属吹离母材，从而形成狭窄切口。等离子弧柱温度高，通常可达18000?24000K,远远超过所有金属的熔点,可以切割任何黑色和有色金属材料，使用范围广。与激光切割相比，具有生产效率高、被切割材料的品种范围广、厚度大和成本低等优势；与火焰切割相比，具有可实现无挂渣切割、明显减少了二次加工、热影响区较小等优势。等离子切割电源是等离子切割过程中提供和控制能量的关键设备，其性能的好坏对等离子弧产生的可靠性、切割质量和生产效率都起着至关重要的作用。目前等离子切割电源主要分为逆变式和斩波式两种拓扑结构。逆变式等离子切割电源采用了高频逆变技术，具有体积小，重量轻等优点，然而逆变式等离子切割电源对功率器件要求高，控制电路复杂，工作环境恶劣，存在可靠性低的问题。逆变式等离子切割电源输出电流多为30A?200A，一般应用在20kW以下的场合。功率等级在20kW以上的等离子切割电源一般采用斩波式拓扑结构，同时为了进一步提高系统的容量，减小功率开关管的电流应力，采用多路斩波模块并联的方式。具有控制电路简单、开关频率高、控制特性好、可靠性高等优点，是当前大功率等离子切割电源的主流。等离子切割电源控制系统设计的目的是通过电流闭环负反馈调节，来获得切割电源所需要的外特性、调节特性和动特性。对于具有单个斩波模块的等离子切割电源，目前已具有较成熟的控制方法，但对于多个斩波模块并联的等离子切割电源，还需要协调各个斩波模块之间的工作状态，以减小输出电流的纹波，最大效率的利用斩波模块，延长使用寿命。因此，专利技术一种多个斩波模块的等离子切割电源控制方法，实现等离子切割电源的高精度控制，提高整个系统的运行效率，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对模块化斩波式等离子切割电源的斩波模块电路，提供了一种模块化斩波式等离子切割电源控制方法，对每路斩波模块的输出电流独立阶跃闭环控制实现等离子切割电源高精度切割。本专利技术提供的一种用于模块化斩波式等离子切割电源的控制方法，包括下述步骤:第I步开始切割时，等离子切割电源对输出电压进行开环控制，数字化控制器控制第一斩波模块的PWM驱动信号脉冲的占空比从O开始逐渐增大，电源输出直流电压从O开始斜坡上升，减小突加电压对电源功率器件的冲击；第2步当气隙击穿引弧成功后，数字化控制器对各斩波模块的输出电流进行独立阶跃闭环控制，依据等离子切割电源总输出电流指令值iz选择不同的斩波模块进行闭环控制，使控制系统不用在电压环和电流环之间不停地切换；第3步结束。作为上述技术方案的优先方案，第2步具体包括下述过程:如果总输出指令电流值小于或等于电源额定电流值的1/4，则进入第2.1步，如果总输出指令电流值大于电源额定电流值的1/4并小于或等于电源额定电流值的1/2，则进入第2.3步，其它情况，则进入第2.5步；第2.1步总输出电流全部由第一斩波模块提供，第一斩波模块的最大稳态指令电流值为总输出指令电流值iz ;第二、第三和第四斩波模块不输出电流，第二、第三和第四斩波模块的指令电流值始终为O ;第一斩波模块的输出电流采用阶梯方式从O逐渐上升到最大稳态指令电流值iz ；第2.2步切割完成后，第一斩波模块的输出电流采用阶梯方式从iz逐渐下降为0，每个阶梯跳跃的电流值is和持续时间Ti与阶梯上升时相同，然后进入第3步；第2.3步总输出电流由第一斩波模块,第三斩波模块共同提供,第一、第三斩波模块的最大稳态指令电流值均为总输出指令电流值iz的1/2 ;第二、第四斩波模块不输出电流，第二、第四斩波模块的指令电流值始终为O ;第一斩波模块的输出电流先进行闭环控制，输出电流采用阶梯方式从O逐渐上升到最大稳态指令电流值iz/2，当第一斩波模块的输出电流达到iz/2时，第三斩波模块再进行闭环控制，输出电流同样采用阶梯方式从O逐渐上升到最大稳态指令电流值iz/2，使总输出电流达到指令电流值iz ；第2.4步切割完成后，第一斩波模块输出电流先进行闭环控制，采用阶梯方式从iz/2逐渐下降为0，然后第三斩波模块再进行闭环控制；为加快电流下降时间，不采用阶梯方式下降，输出电流从iz/2直接降为0，最后使总输出电流降为0，然后进入第3步；第2.5步总输出电流由四个第一至第四斩波模块共同提供；最大稳态指令电流值均为总输出指令电流值iz的1/4 ;第一、第二斩波模块先同时进行闭环控制，输出电流采用阶梯方式分别从O逐渐上升到最大稳态指令电流值iz/4，当第一、第二斩波模块的输出电流达到iz/4时，维持不变；第三、第四斩波模块再进行闭环控制，输出电流同样采用阶梯方式从O逐渐上升到最大稳态指令电流值iz/4，使总输出电流达到给定指令值iz ；第2.6步切割完成后，第一、第二斩波模块输出电流先进行闭环控制，同时从iz/4阶梯下降到第一、第二斩波模块的最大稳态指令电流值iz/4的一半，即iz/8，第三、第四斩波模块输出电流值维持在原指令值iz/4 ;然后第一、第二斩波模块输出电流值维持在iz/8不变，第三、第四斩波模块输出电流进行闭环控制，同时从iz/4阶梯下降到0，最后第一、第二斩波模块输出电流进行闭环控制，为加快电流下降时间，不采用阶梯方式下降，同时从iz/8直接降为O ;最后使总输出电流降为O。实现上述控制方法的装置包括设置在数字控制器内的总输出指令电流设定模块、斩波模块指令电流分配模块、四路数字PI算法模块、四路PWM信号模块和四路电流信号采样模块；其中，总输出指令电流值设定模块用于根据工件的切割工艺参数确定总输出指令电流值iz，并输入给斩波模块指令电流分配模块；斩波模块指令电流分配模块用于根据总输出指令电流值iz分别计算出四个斩波模块的指令电流值，并将对应的电流信号输入给各路数字PI算法模块；各路电流信号采样模块用于采集同路斩波模块的输出电流值，并分别输出至同路数字PI算法模块；各路数字PI算法模块将同路电流信号采样模块得到的斩波模块输出电流值与同路斩波模块的指令电流值比较，通过数字PI算法得到PWM驱动信号脉冲的占空比，并输入给同路PWM信号模块；各路PWM信号模块通过控制同路斩波模块，完成等离子切割电源电流的闭环控本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于模块化斩波式等离子切割电源的控制方法，包括下述步骤：第1步开始切割时，等离子切割电源对输出电压进行开环控制，数字化控制器控制第一斩波模块的PWM驱动信号脉冲的占空比从0开始逐渐增大，电源输出直流电压从0开始斜坡上升，减小突加电压对电源功率器件的冲击；第2步当气隙击穿引弧成功后，数字化控制器对各斩波模块的输出电流进行独立阶跃闭环控制，依据等离子切割电源总输出电流指令值iz选择不同的斩波模块进行闭环控制，使控制系统不用在电压环和电流环之间不停地切换；第3步结束。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王兴伟，林桦，钟和清，邓禹，蔡涛，林磊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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