基于DSP的高压端束流控制系统的研究

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束流控制系统是电子束加工设备的核心,束流品质的好坏直接影响到电子束加工质量。随着电子束加工技术越来越成熟,目前广泛应用的有电子束焊接、电子束熔炼、电子束打孔、电子束快速成型等。新的加工工艺对电子束束流控制有了更高的要求,即在加工时要实现对电子束流的快速控制。以三极电子枪来说,传统的束流控制方式由于调整偏压输入后要经过升压变压器、整流滤波等‘惯性’环节,束流动作有一定延时。为了满足电子束快速成型工艺需求,论文提出了高压端束流控制方法,即在高压端直接调整电子枪栅极的偏压,跳过‘惯性’环节,从而实现对电子束束流的快速、精准控制。  论文设计了偏压发射板调整控制信号并驱动光纤发射器;设计电子管偏压板接收控制信号调整电子管的导通来实现加在电子枪栅极电压的变化;利用光纤通信实现高压和低压隔离,同时保证信号无延时传输;利用高压电子管实现对栅极电压的调整。电子管偏压板置于高压油箱中,为了减少高压电场、磁场等复杂环境对控制信号的影响,设计了差分放大电路提高控制板子的稳定性;为解决高压放电对束流控制板的影响,在设计的高压电源主电路结构中加入两级避雷器,在高压输出端接扼流电感和续流二极管,以此实现对过压、过流保护。以TMS320F2812为控制主芯片,加上A/D、D/A转换模块等实现对控制系统束流、高压、灯丝电流、过压、过流等信号的采样分析计算,采用积分分离数字PID控制算法。  在Matlab中对积分分离PID控制算法进行仿真,和普通PID控制算法相比,能达到更好的控制效果;利用Saber软件对硬件电路进行仿真,设计出了试验样板,测试相关数据,仿真结果和实测数据相符。试验样板在THDW系列电子束焊机上试验,其束流响应时间可达到微秒(μs)级,束流脉冲频率可达10kHz,满足电子束快速成型工艺需求。
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