快速浮、定点PID控制器FPGA的研究与实现

提出了基于FPGA的快速PID控制器技术,采用流水线运算方法,具有高速、稳定、精确的实时控制性能,实现了速度和资源的优化匹配。研究并分析了位置式PID不同算式的特点,完成了浮、定点PID控制器的硬件实现,提出了溢出、饱和等问题的解决方法,单次运算时间分别达480ns、120ns,并对两种控制器的性能进行了分析和比较。设计了单精度浮点数和16位定点数之间的转换控制器,增强了浮点PID的普适性。设计了基于FPGA的全数字逆变焊接电源的实验平台。仿真和实验证明,浮、定点PID控制器均可在强电磁干扰的环境中高速、准确、可靠地运行,具有广泛的实用性。

基于小波的全数字逆变焊机信号处理

从强干扰、高压、大电流的恶劣工作环境中,获得逆变焊机有用信号,是全数字焊接电源研发和工艺评判的关键。在分析研究脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)驱动原理的基础上,提出先对逆变焊机PWM驱动信号级的电流信号进行去噪,进而实现整个焊接电流信号的噪声滤除方法。构建硬门限阈值函数对信号进行小波分解,对小波分解的详细系数集去噪。同时构建模极大值判别函数,来搜寻详细系数的噪声奇异点,利用搜索结果对近似系数集的噪声进行线性滤除。选择相关参数的合适数值进行仿真试验,结果表明,该去噪方法能够很好地滤除焊接电流的噪声,保证信号不失真,获得有用的信号特征,为全数字逆变电源的研究和性能评价奠定基础。

基于FPGA全数字逆变电源高速DPWM控制器的实现

研制了基于现场可编程门阵列(FPGA,field programmable gate array)实现的数字脉冲宽度调制(DPWM,digital pulse width modulation)控制器,提出了全数字逆变电源高速PWM(脉冲宽度控制)驱动的新方法.采用实时性好的计数比较方法,从驱动脉冲在正常和异常情况下的可知性和可控性出发,实现了频率和占空比均可调的PWM控制器.通过对PWM控制器实现原理和参数的研究,详细描述了每个组成模块的设计流程.同时针对强干扰、高压、大电流的恶劣环境,介绍了数字抗干扰技术和方法,在仿真准确的基础上,进行了现场试验.结果表明,PWM控制器能够稳定可靠的工作,可广泛应用于各种全数字逆变电源.

基于USB的焊接工艺参数管理

基于ColdFire MCF52223设计实现了MassStorage类USB设备接口,介绍了基于USB存储设备的焊接数据采集及参数给定系统。设计的系统不仅能够存储大量电弧电压、焊接电流等关键数据,并且可以直接从存储设备中读取给定参数,为工业现场数据采集提供了一种可靠、方便的解决方案,为焊接参数调节提供了一种简单有效的方法。