2 位数码管显示第几组工作参数，喷涂控制器可以存储从00~99共100组工作参数，其中00~ 09组参数为固化在喷涂控制器内部，不能修改，只可调出使用，可以适合目前大多数常用喷 涂过程工艺参数，方便用户直接调出使用，不需要对每个参数逐个配置，其它参数组由用户 自行配置。4个3位数码管分别实现静电电压、静电电流、流速气压和雾化气压数值。12个按 键分别有"参数组"、"电压"、"电流"、"静电模式"和"流速气压"共6个选择配置类型按键， "启动"和"停止" 2个喷涂控制器开始工作和停止工作按钮，"预设"、"增加"、"减少"和"确 认" 4个参数修改操作钮。工作参数配置过程如下，先"预设"按键，"预设" LED亮，进入参数可 配置状态，若15秒钟无键按下，则"预设" LED灭，退入参数可配置状态；当"预设" LED亮时，按 "参数组"按键，2位"参数组"数码管闪烁，通过"减少"和"增加"按键选择所要工作的参数 组，在修改参数组代号的过程中，其它数码管显示保存该参数组中的相应参数，按"确认"按 键，把当前的参数组代号设为当前工作参数组。当需要修改当前工作参数组中的参数时，在 参数可配置状态，选择参数组代码后，按需要修改的参数按键，如需修改电压参数，则按"电 压"按键，贝IJ相应的参数显示数码管闪烁，通过按"增加"和"减少"按键修改参数值，最后"确 认"按键完成参数修改。
[0032] 静电喷涂控制器不仅实现了输出电压和电流的自动控制，还实现了气压信号的自 动控制。参考图3,流速气压和雾化气压的闭环控制回路结构相同，压力传感放大电路1和压 力传感放大电路2中传感器采用MPS20N1000D-S、放大器采用LM324，气压反馈信号连接主控 单片机STM32F205VC的ADC;执行器采用减压阀和步进电机，步进电机驱动芯片采用 A4985SLPTR-T，主控单片机STM32F205VC通过I/O连接电机驱动芯片实现减压阀开度调节， 从而使输出气压值在设定值附近。采用开关电磁阀控制气源的输入可以实现输出气压的快 速切断和开启，同时减少减压阀频繁动作，延长减压阀工作寿命。
[0033] 静电喷涂控制器可选择恒电压模式、恒电流模式、等功率模式和等密度模式四种 工作模式，由一位数码管显示当前工作模式。恒电压模式由电压控制回路实现，参考图4,电 压控制回路电路把24V的输入电压变为电压值可变的Vout输出。T401和T403组成达林顿功 率调整管，T401选大功率PNP晶体管TIP147，T403选NPN晶体管MMBT440UA401为误差放大 器，选轨对轨放大器0ΡΑ4188,其输出通过电阻R403(3kQ )驱动Τ403的基极。Usv为电压控制 回路的设定值，由主MCU的DAC输出，其工作变化范围为0.85V~3.0V，对应输出电压约5.95V ~21V，Usv为0V时，关闭输出。Upv为输出电压测量值，通过电阻R404(3kQ )、电阻R405(3k Ω )和电阻R406(阻值为lkQ )串联分压测量，分压比为1:7。电阻R402(100Q )为T403(PNP晶 体管MMBT4403)的集电极限流电阻；电阻R401(0.5 Ω )为T401的过流保护电阻，当流过T401 的电流大于1.4A时，T402开始导通，提高T401基极电压，从而限制T401集电极电流的继续增 加。
[0034] 恒电流模式、等功率模式和等密度模式由主MCU内部固件和图4电压控制回路及外 围电路实现。图5为恒电流模式控制回路，线性降压电压控制回路的电压输出给喷枪;喷枪 与工件组成喷涂过程的喷涂电流可以通过喷枪接口反馈给喷涂电流变换电路，喷涂电流变 换电路连接主控MCU电路的ADC;主控MCU电路根据喷涂电流设定值Isv与喷涂电流测量值 Ipv之差，通过喷涂电流控制器输出电压设定值Usv，从而通过线性降压电压控制回路执行 调节过程，实现恒电流控制模式，喷涂电流变换电路在MCU内部采用固件实现。一般的静电 粉末喷涂控制的电流模式采用PI控制算法，本实用新型增加了学习功能，采用了迭代学习 控制算法，以适应复杂工件的快速喷涂，提高喷涂质量，迭代学习控制算法如式(1)所示。 ?"、Γ (，，〇)=〇 …
[0035] \ ： k = Q, 1, 2..· (1) IU Si. (t, k )=/?, [/sl. {t Λ)- / ,,, (J ,ky\ + Us! (7 ,k-\)
[0036] 为了保证电压设定值在喷枪要求工作范围，采用了限幅输出，如式(2)所示，得到 了最终所要的电压设定值。
[0037]
(2)
[0038] 式（1)中，k为加工次数(相对于被加工工件的个数），k初始值为0,电压设定值Usv 的初始值为〇,以后每次喷涂运行，从k_l次吸取经验，修改k次的电压设定值Usv，从而提高 控制精度，βι为电流反馈增益，取为35;式（2)中，[U SVmiN，USVmax]为电压设定值工作范围 [0.85V，3.0V]〇
[0039] 等功率模式的控制回路与恒电流模式控制回路相似，如图6所示，采用了功率控制 器代替了电流控制器，增加了功率计算器(即为乘法器），其它与恒电流模式一样。等功率模 式的迭代学习控制算法如式(3)所示。
[0040]
k = (js 1? 2··· (3)
[0041 ] 式(3)中，We为功率误差，sgn、sqr和abs分别符号函数、开方函数和绝对值函数，β2 为功率反馈增益，取5.9,其物理意义与式（1) 一致，同样地电压设定值也需要经过式(2)的 限幅算法后才能作为电压控制回路的设定值。
[0042] 在静电喷涂过程中，气压变化将引起粉末密度变化，等密度模式是根据气压的变 化来调节电流控制回路的设定值，减少粉末微粒所带的电荷平均数的变化，提高喷涂质量。 参考图7，等密度模式是在恒电流模式基础上根据气压变化修正电流设定值来实现;第一减 法器求流速气压PF设定值和测量值之差，第二减法器求雾化气压ΡΑ设定值和测量值之差； 恒密度补偿器根据流速气压差和雾化气压差修正电流设定值Isv得到IMsv作为静电电流控 制回路的设定值;恒密度补偿器补偿算法如式(4)所示。
[0043] IMsv=Isv+ai · (PFsv_PFpv)+a2 · (PAsv_PApv) (4) 〇
[0044] 式⑷中a^a2为修正系数，取值分别为〇 . 05和0.01，或者通过试验测定。虽然本实 用新型已经采用了气压自动控制策略，气压平均波动值不大，但是由于气压调节时间（通过 步进电机)较长，存在暂态波动现象，通过式(4)可以克服暂态气压波动对喷涂质量影响，从 而进一步提尚喷涂质量。
[0045] 上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种静电粉末喷涂控制器，其特征在于:包括主控Μ⑶电路，以及分别与主控mj电路 相连的人机界面电路、触发信号处理电路、喷枪接口信号处理电路和气压信号处理电路，还 包括为上述电路供电的开关电源。2. 根据权利要求1所述静电粉末喷涂控制器，其特征在于:所述人机界面电路包括三端 LDO稳压器SPX1117、LED、数码管LED驱动器、按键输入扫描电路；其中三端LDO稳压器 SPX1117将+5V降为+3.3V作为人机界面电路的Μ⑶工作电源;数码管LED驱动器、按键输入扫 描电路采用2片BC7277，BC7277通过SPI接口与人机界面的MCU通信；人机界面的MCU采用 USART1接口和RS422驱动器SP3490与主控MCU电路通信，采用USART3接口和RS485驱动器 SP485与外部RS485总线连接，实现多台静电粉末喷涂控制器组网。3. 根据权利要求1所述静电粉末喷涂控制器，其特征在于:所述主控MCU电路的MCU采用 STM32F205VC。4. 根据权利要求1所述静电粉末喷涂控制器，其特征在于:所述人机界面电路的MCU采 用STM32F100C8。5. 根据权利要求1所述静电粉末喷涂控制器，其特征在于:所述主控MCU电路与人机界 面电路通过RS422接口通信。
【专利摘要】本实用新型公开的一种静电粉末喷涂控制器，包括主控MCU电路，以及分别与主控MCU电路相连的人机界面电路、触发信号处理电路、喷枪接口信号处理电路和气压信号处理电路，还包括为上述电路供电的开关电源。本实用新型的控制器，能实现多种工作模式、电气参数和气压参数自动控制并在PI控制基础上增加学习控制策略。
【IPC分类】B05B5/03
【公开号】CN205199771
【申请号】CN201521016150
【发明人】李向阳, 熊文元, 哀薇, 熊春豆
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月9日