引言
罐身缝焊电源属一种电阻焊焊接电源，从上世 纪四十年代问世以来，已广泛用于各种工业容器和 餐饮罐等薄金属容器成型，如机油桶、油漆通、饮 料罐等。随着我国改革开放和加入世贸，各种薄金 属容器市场需要大大增加，特别是国外市场的需要 以及新应用领域的开拓，对罐身生产的效率、质量 及节能节材等都提出了较高的要求。目前，我国的 罐身缝焊电源技术相对落后，生产的自动化程度低， 产品质量及其稳定性不高，难于满足市场的要求n～1。 因此，研究和开发新一代罐身缝焊电源显得非常必 要和紧迫。
本文作者与企业合作，将原有的基于大功率晶 体管(GTR)逆变电路和采用专用SPWM集成电路 开环控制的罐身缝焊电源，改进为效能较高的基于 绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变电路和采用DSP处 理芯片闭环控制的新型罐身缝焊电源。本文讨论这 种新型缝焊电源的闭环控制问题，首先建立其控制 用数学模型，然后讨论以该逆变电源输出焊接电流 为反馈量的PID控制的参数整定问题，并给出相应 的整定结果，为工程应用提供依据。
1数学模型
本课题系统中焊接变压器的变比Ⅳ=1：1 10，变 压器漏感很小，可以忽略不计，二次侧电阻略为 lmt3，等效到一次侧R．’≈12Q，一次侧电阻R．≈
3D，所以变压器等效阻抗压尺≈15D。
单相全桥逆变罐身缝焊电源【4西1如图1所示：以 为输入直流电压，S1一S4为开关管，L，为滤波电感， C，为滤波电容，z为负载。逆变器的直流输入电压为
400V，逆变输出频率400Hz，电路开关频率为
20KHz，功率为15KW。其控制至输出的回路增益 包括如下四个部分。
图1逆变缝焊电源整体结构图
1．1驱动信号g至输出K。的传递函数
驱动信号g为SPWM脉冲调制波，加在IGBT管 的栅极G上，而母线直流电压加在管子的集电极C 和发射极E两端，根据图1所示结构，输出逆变电压 K。与驱动信号之间成正比，比例系数Kl=K拈。在 具体的逆变电路中，母线直流电压U,--400V，驱动 信号为12V，代入可得K．=400112=33．3。
1．2全桥逆变器的主电路传递函数
以K和i：为状态变量的状态方程为：
收稿日期：2008．11—17
基金项目：福建省自然科学基金资助项目(E0610021) 作者简介：杨冠鲁(1960一)，男，山东济阳人，硕士，教授，主要从事电力电子、电子测量、电气控制和人工智能的研究。
1761 第31卷第9期2009-09
万方数据
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工程实际进行调整和修改。
二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直
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一上1
÷R，
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接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌
L
将乇(f)=K(力侬代入上式，可得主电路的传递函
数为：
郫)=踹=历再瓦而R丽鬲瓦(2)
其中滤波电阻尺。很小可以忽略不计，代入本电路设 计的参数R=15E2，C=20uF，L=8mL，得到：
1．3正弦脉宽调制器(SPWM)传递函数 一般SPWM的传递函数为Gd(S)=I／V，其中v
为三角波最大振幅。在具体电路中，反馈信号与基 准正弦波信号送入差动放大器，输出误差信号在与 标准三角波比较，生成SPWM驱动信号。这里所 用的三角波的振幅为吃=1．2V。所以传递函数G。(5)
=0．833。
1．4输出焊接电流与焊接变压器原边侧电压之间的 传递函数 这里，略去很小的焊接变压器漏抗后，输出焊
接电流，(s)与焊接变压器原边侧电压K(s)之间的增 益为
G／v∽=器=妥=等以33
综上，罐身缝焊逆变电源系统的传递函数为：
G(s)=K1•G1(s)•Gd(s)•Gl矿(s)
3050 f4)
2．4×10-bS2+8x10-3s+15
2 PID控制整定方法
PID控制器的参数整定是根据被控过程的特性 确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时问 的大小。PID控制器参数整定的方法很多【7—1，概括 起来有两大类：
一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数 学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法 所得到的计算数据未必可以直接应用，还必须通过
握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的
工程整定方法，主要有临界比例度法、响应曲线法 和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通 过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行 整定，最后在实际运行中进行调整与完善。
响应曲线法适用于单调的响应曲线，而本设计 的模型传递函数单位阶跃响应曲线是非单调的，因 此不适于采用动态特性参数整定。本文采用临界比
例度法和衰减法进行整定，并比较二者的效果。
2．1临界比例度法 这种整定方法是在闭环情况下进行的。设TI=
∞，TD=0，使调节器工作在纯比例情况下，将比例
由大逐渐变小，使系统的输出响应呈现等幅振荡， 如图2所示。根据临界比例Ku和振荡周期Ts，按表
1所列的经验算式，求取调节器的参考参数值。
图2输出等幅振荡 表I临界比例度法整定调节器参数
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P型控制器0．5Ku
PI型控制器 0．45Ku 0．83Ts
PID型控制器0．6 Ku 0．5 Ts 0．125 Ys
2．2衰减法 衰减曲线法又称“阻尼振荡法”，是在闭环系统
中，先把调节器设置为纯比例作用，然后把比例度
由大逐渐减小，加阶跃扰动观察输出响应的衰减过 程，直至出现图3所示的4：1衰减过程为止。这时的
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