基于DSP的電子束選區(qū)熔化束流調(diào)控系統(tǒng)的研制*
電子技術(shù)應(yīng)用
王 壯，許海鷹，楊 波，桑興華，張 偉
（1.中國航空制造技術(shù)研究院 高能束流發(fā)生器實(shí)驗(yàn)室 北京 100024； 2.北京航空航天大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 北京 100191）
摘要： 為了獲得穩(wěn)定的電子束流輸出，提高電子束選區(qū)熔化成形質(zhì)量，研制了一套基于DSP的電子束選區(qū)熔化束流調(diào)控系統(tǒng)。使用DSP的通用定時(shí)器和比較寄存器產(chǎn)生頻率為20 kHz、占空比與死區(qū)時(shí)間可調(diào)的PWM脈沖；設(shè)計(jì)高壓、束流信號(hào)反饋采樣電路；DSP采用積分分離PID控制算法實(shí)現(xiàn)束流的快速調(diào)節(jié)和閉環(huán)調(diào)控。試驗(yàn)結(jié)果表明該控制系統(tǒng)所控制的電子槍在帶載時(shí)最大束流達(dá)到150 mA，高壓、燈絲加熱電流給定時(shí)，隨著偏壓降低，束流逐漸增大，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的束流輸出。
中圖分類號(hào)：TM924.16；TG439.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223632
中文引用格式： 王壯，許海鷹，楊波，等. 基于DSP的電子束選區(qū)熔化束流調(diào)控系統(tǒng)的研制[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(10)：130-134.
英文引用格式： Wang Zhuang，Xu Haiying，Yang Bo，et al. Development of beam current control system based on DSP for electron beam selective melting[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(10)：130-134.
中文引用格式： 王壯，許海鷹，楊波，等. 基于DSP的電子束選區(qū)熔化束流調(diào)控系統(tǒng)的研制[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(10)：130-134.
英文引用格式： Wang Zhuang，Xu Haiying，Yang Bo，et al. Development of beam current control system based on DSP for electron beam selective melting[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(10)：130-134.
Development of beam current control system based on DSP for electron beam selective melting
Wang Zhuang1，Xu Haiying1，Yang Bo1，Sang Xinghua1，Zhang Wei2
(1.Science and Technology on Power Beam Processes Laboratory，Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute， Beijing 100024，China； 2.School of Mechanical Engineering and Automation， Beihang University， Beijing 100191，China)
Abstract： In order to obtain stable electron beam output and improve the quality of electron beam selective melting, a set of electron beam selective melting beam control system based on DSP was developed. DSP's general timer and comparison register are used to generate PWM pulses with a frequency of 20 kHz and adjustable duty cycle and dead time; a feedback sampling circuit for high-voltage and beam current signals is designed; DSP uses integral separation PID control algorithm to achieve rapid beam current adjustment and closed-loop control. The test results show that the maximum beam current of the electron gun controlled by the control system reaches 150 mA under load. When the high voltage and the heating current of the filament are given, the beam current gradually increases with the decrease of the bias voltage，and a stable beam current output is realized.
Key words : DSP；electron beam；selective melting；beam control；biased power supply；digital control
0 引言
電子束選區(qū)熔化增材制造具有成形速度快、成形效率高、能量利用率高、成形件力學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)，在航空航天、生物醫(yī)療和汽車制造等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用[1-3]。為了獲得穩(wěn)定的電子束流輸出，保證電子束選區(qū)熔化成形的質(zhì)量，不僅需要高可靠性的電子槍與高壓電源系統(tǒng)，還需要穩(wěn)定可靠工作的束流調(diào)控系統(tǒng)。
為了提高電子束流輸出的穩(wěn)定性，研制了一套基于DSP的電子束選區(qū)熔化束流調(diào)控系統(tǒng)，用于控制60 kV/9 kW逆變式電子束選區(qū)熔化設(shè)備束流調(diào)控。首先介紹了束流調(diào)控電路在電子束流發(fā)生系統(tǒng)中所起到的作用，然后介紹基于DSP的電子束選區(qū)熔化束流調(diào)控系統(tǒng)的組成及控制方法，最后配合60 kV/9 kW電子槍及高壓電源進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明所研制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電子束流輸出。
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作者信息：
王壯1，許海鷹1，楊波1，桑興華1，張偉2
（1.中國航空制造技術(shù)研究院 高能束流發(fā)生器實(shí)驗(yàn)室 北京 100024；2.北京航空航天大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 北京 100191）
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