随着工业机器人技术的发展,机器人焊接系统被广泛应用于工业生产中,焊接机器人对配套焊接电源的实时性和稳定性要求越来越高。为实现焊接机器人的全位置焊接,焊接电源必须有快速响应的能力,能够保证焊接特性跟随给定。本文介绍了基于DSP+MCU双控制构架的焊接电源系统,对电源内部结构和工作原理进行分析,提出包括主电路,主控电路,送丝机构,人机交互系统和通讯模块在内的多个模块设计方案,从硬件和软件两方面进行研究。主电路选择软开关全桥逆变形式,采用相移控制谐振的软开关技术,消除了开关损耗。新式的拓扑结构,解决了软开关电路应用于逆变电源时全负载区的换流问题,使电源功率提高到89%;分析移相PWM控制技术的原理,选择UCC3859芯片来实现PWM控制,确保主电路工作过程稳定、高效。分析MAG焊接的熔滴过渡过程,并对国内外目前应用广泛的几种电弧控制方法进行研究和比较,提出了一种基于模型参考自适应控制的电弧控制方法,采集电弧电压和焊接电流的反馈,通过基于超稳定性理论设计的模型参考自适应方法获得控制参数矩阵,对电流的波形进行调节,保证焊接电源的恒压特定和弧长稳定。详细介绍了MC56F8323型DSP芯片的工作特性和最小系统,围绕该芯片设计了主控系统。硬件方面,设计了开关电源电路、采样调理电路和欠压,过流等保护电路;软件方面,介绍了MC56F8323的编程环境,绘制了主程序和引弧、收弧、波形控制子程序的流程图,并进行程序编写。在设计过程中,充分考虑了硬件和软件的抗干扰性能。对焊接电源进行了性能测试,通过对5mm厚的12号碳钢板进行焊接,测量起弧,焊接,收弧及短路时的焊接参数与波形。进行了多种工艺试验,包括机器人MAG钢结构焊接、机器人MIG铝合金焊接以及双机器人的协调焊接。此外,该焊接电源还与管道焊接机器小车配合进行长输油气管道焊接试验,通过该实验测量的详实数据,建立了全位置焊接专家系统,为机器人的全位置焊接提供参考。经过测试与试验,发现了许多设计过程中没有注意到的问题和缺陷,通过分析和讨论,对可以解决的问题提出了解决方案,实现焊接电源的升级。测试与实验的结果表明:该焊接电源响应速度和稳定性符合焊接机器人的要求,硬件电路结构简单,抗干扰性能好,软件读写速度快,功能丰富,基本符合机器人焊接系统对焊接特性的要求,实现了研究目的。