本发明涉及变极性gmaw焊接领域，具体涉及一种基于多核异构平台的gmaw焊接磁控设备。
背景技术：
1、近年来，变极性gmaw焊接工艺由于在薄板焊接、热量控制上十分出色，被大量应用于解决焊接容易产生的弯曲变形和烧穿等焊接缺陷，解决传统gmaw焊接稳定性差、输入热量大、焊接变形严重的问题，具有广泛的应用场景。而现有的变极性gmaw焊接系统缺乏智能人机交互功能，目前仍用老式的数码管与旋钮按键组合控制焊接参数，效率低下且操作过程繁琐复杂，由于焊接过程涉及参数众多，原有的处理器计算速度较慢且计算量较小，运用传统pid算法难以在各阶段精确控制焊接输出波形，间接导致焊接过程不稳定与焊接缺陷的产生。
2、磁控焊接技术能够进一步的满足现代焊接需求，提高焊接质量。磁场的加入有助于促进熔滴过渡、改变电弧形态和搅拌熔池，达到改善焊缝成形、抑制焊缝缺陷、细化晶粒以及改变枝晶生长方向等效果，提升变极性gmaw焊接质量。
3、实现gmaw焊接智能化的关键难点在于焊接动态过程的控制，其核心技术包括焊接状态的实时感知监测，焊缝成形的实时控制和评估，而目前对磁控焊接系统仍停留在工艺方面的研究，在整个焊接过程中磁场参数一旦设定便不再改变，磁电参数未能随焊接过程的动态变化而实时调整，由于焊接过程干扰大、影响因素众多，磁电参数的实时检测和调整有助于提高焊接过程稳定性和焊缝成形质量。因此开展焊接状态实时监测及动态调整焊接工艺参数、磁场参数的研究具有重要意义。
4、现有的一种磁控tig-gmaw焊枪(cn202010632855.1)，包括夹持装置、tig焊枪、gmaw焊枪、电磁铁，通过外加横向磁场，在电磁铁的作用下控制电弧的行为，从而减小热量损失、抑制缺陷。该装置采用了u型直流电磁铁、保护壳、导电嘴、夹持装置等，通过设计导电嘴前端开设缝隙的角度、控制电磁铁所绕线圈匝数，从而得到不同电磁力。该磁控tig-gmaw焊枪没有焊接状态的监测反馈，对磁控焊接系统仍停留在工艺方面的研究，在焊接过程中不能进行控制，在整个焊接过程中磁场参数一旦设定便不再改变，磁电参数未能随焊接过程的动态变化而实时调整。焊枪整体的装置复杂难以加工，对于某些特定形状的磁场发生装置，加工难度大；人机交互不好，合理的的人机交互界面有助于使用者更简单、更正确、更迅速地操作设备，并提升焊接质量。人机界面需要使用触摸屏设置参数与检测焊接数据，报警状态的显示，焊接电流电压波形显示，在焊接过程中观察到其波形变化，以便操作者对焊接参数进行改进。
技术实现思路
1、本发明目的是提供一种基于多核异构平台的gmaw焊接磁控设备，解决现有变极性gmaw焊接设备参数设置复杂操作繁琐、数据显示不直观、焊接过程中磁电参数不能实时调整的问题，从而提供一种方便操作人员使用并提升焊接质量的焊接设备。
2、本发明提供的一种基于多核异构平台的gmaw焊接磁控设备是在传统的焊接电源-磁控电源和磁场发生装置中加入了基于stm32mp157daa1系列处理器的多核异构平台作为集控器，并移植了嵌入式linux操作系统，对任务进行划分与逻辑设计，设计主从核软件，能够通过该集控器在焊接过程中加入新的控制算法，且可以满足在焊接过程中数据处理和对实时性的要求。
3、本发明至少通过如下技术之一实现。
4、一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，包括基于多核异构处理器的多核异构平台、磁控电源和磁场发生装置；
5、所述多核异构平台包括第一控制电路和触摸屏，所述第一控制电路中设有多核异构处理器芯片，第一控制电路中的多核异构处理器芯片与焊接电源通过rs485串行通讯设置焊接参数与获取数据，进行相应的焊接过程控制，并通过iic接口传递信号到磁控电源的dac芯片控制磁控电源恒流或恒压输出大小，产生pwm信号控制磁控电源中h桥全桥逆变的开通关断时间，从而控制磁场发生装置产生相应的磁场；
6、所述磁控电源包括主电路与第二控制电路，第二控制电路通过iic接口接收多核异构平台发送的模拟量，经主电路的buck降压变换器输出相应电压电流提供给磁场发生装置，生成焊接所需要的磁场；同时主电路的buck降压变换器的输出电压与电流分别经过分压以及电流传感器后传输至第二控制电路的脉宽调制控制芯片作为反馈，该输出电压电流也会分别通过电压电流反馈电路传输至多核异构平台的ad采样模块；
7、所述磁场发生装置包括磁芯、漆包线；漆包线并排逐层缠绕在磁芯上，焊枪包裹在磁芯之内，漆包线缠绕过程中每层之间用绝缘纸隔开；焊枪通过固定装置固定在焊接平台，磁芯通过固定装置安装在焊枪枪头，利用通电线圈产生感应磁场；
8、漆包线起始端和结束端各自引出，采用直流磁场时，漆包线起始端和结束端直接与磁控电源主电路中buck降压变换器输出端相连，采用交变磁场时，磁控电源主电路中buck降压变换器输出到h桥逆变电路，h桥逆变电路输出端与漆包线起始端和结束端相连。
9、进一步地，所述第一控制电路包括与焊接电源交互的串行通讯接口、与上位机交互的串行通讯接口、与储芯片连接的spi接口、与磁控电源通讯的iic接口、与磁控电源主电路连接的pwm输出接口、触摸屏lcd接口、电流电压ad采样接口；
10、其中第一控制电路采用的多核异构处理器为搭载linux内核的a7处理器，a7处理器进行异核通讯、qt界面的绘制以及相应的任务管理，从核m4处理器完成控制与通讯类任务。
11、所述触摸屏包括参数设置界面、报警消息界面、文件管理界面、绘图界面、相应的绘图数据处理任务、文件储存管理任务、报警与信息处理任务，触摸屏的任务由a7处理器完成。
12、进一步地，磁控电源的主电路包括buck降压变换器和h桥逆变电路；所述buck降压变换器中，输入最大为80v/10a直流电源，输出为0-80v、0-10a可调直流稳压信号或稳流信号，在直流磁场模式下，buck降压变换器的输出直接与磁场发生装置中漆包线引出的起始端和结束端相连；交变磁场模式下，buck降压变换器的输出在经过h桥逆变电路后与磁场发生装置中漆包线引出的起始端和结束端相连；电感在导通状态下，电流通过电感的磁场转化为磁能，并存储在电感中；在断开状态下，由于电感的自感作用，磁场会产生电压，将电磁能转化为电能，并通过输出端向负载供电；
13、所述h桥逆变电路包括四个n沟道场效应管q1-q4，场效应管栅极由第一控制电路中m4处理器发出pwm波驱动，其中第一个n沟道场效应管q1、第四个n沟道场效应管q4与第二个n沟道场效应管q2、第三个n沟道场效应管q3的驱动信号互补，导通与关断之间存在约10us的死区；第一个n沟道场效应管q1、第三个n沟道场效应管q3的漏极接buck降压变换器输出端，第一个n沟道场效应管q1、第三个n沟道场效应管q3的源极分别接第二个n沟道场效应管q2、第四个n沟道场效应管q4的漏极，第二个n沟道场效应管q2、第四个n沟道场效应管q4的源极接地，输入为buck降压变换器降压的稳压或稳流信号，交变磁场模式下，输出至磁场发生装置；
14、第二控制电路包括基于脉宽调制控制芯片tl494的pwm控制电路及其周围电路，其中周围电路包括pwm放大电路、dac信号输出电路、电流电压反馈电路；
15、所述脉宽调制控制芯片带有电压比较器与电流比较器，电压比较器与电流比较器的设定值与反馈值差值大小最终控制输出模式与输出值；其中电压比较器的正端连接到buck降压变换器的输出经过分压后的信号，电压比较器的负端作为设定电压；电流比较器的正端连接到buck降压变换器经过电流传感器后的输出，该电流传感器能够将0-10a的电流信号转化为2.5v-5v的电压信号；电流比较器的负端作为设定电流所对应的电压；在输出脉冲放大过程中使用驱动芯片加磁环升压的方式，脉冲信号经过功率放大输出至buck降压变换器中的场效应管；
16、所述周围电路包括pwm放大电路、dac电压输出电路、电流电压反馈电路。
17、所述pwm放大电路包括信号转换芯片与变压器，第二控制电路的脉宽调制控制芯片输出驱动信号过小不足以驱动buck降压变换器的mos管工作，将脉宽调制控制芯片的输出作为信号转换芯片的输入，并将信号转换芯片的输出通过变压器对驱动信号进行升压，升压后信号最终输出到buck降压变换器的mos管，控制mos管的开通和关断，调节buck降压变换器的输出值；
18、所述dac电压输出电路包括用于控制输出电压的dac芯片，所述dac芯片控制信号为第一控制电路基于iic协议的信号输出电压，dac芯片输出的电压通过跳线选择，传输至第二控制电路的脉宽调制控制芯片与反馈信号作比较，从而控制脉宽调制控制芯片输出相应脉宽；
19、所述电流电压反馈电路包括电压反馈电路和电流反馈电路，其中电压反馈电路输入为buck降压变换器的输出经过分压后的信号，通过运算放大器放大或缩小电压至0-10v，输出到第一控制电路的电流电压ad采样接口；电压反馈电路输入为buck降压变换器经过电流传感器后的输出，通过运算放大器放大或缩小电压至0-10v，输出到第一控制电路多核异构处理器。
20、进一步地，电压比较器的负端电压有两种输入方式：
21、第一是由第一控制电路通过iic接口发送信号经过第二控制电路的dac芯片输出；
22、第二是经电位器调节输出电压，其中调整方式通过跳线选择；
23、电流比较器的负端电压有两种输入方式：
24、第一是由第一控制电路通过iic接口发送信号经过第二控制电路的dac芯片输出；
25、第二是经电位器调节输出电压，其中调整方式通过跳线选择。
26、进一步地，第一控制电路中搭载的多核异构处理器采用的控制芯片是stm32mp157daa，多核异构平台的软件平台采用linux系统，运用linux的framebuffer技术控制触摸屏的tftlcd液晶触摸屏显示，其中存储芯片的型号为at25512。
27、进一步地，磁控电源主电路中，buck降压变换器输入最大为80v/10a；buck降压变换器与第二控制电路的脉宽调制控制芯片连接，buck降压变换器的场效应管开关时间由第二控制电路的脉宽调制控制芯片产生的pwm波经放大后控制；h桥逆变电路的逆变频率由第一控制电路中m4处理器发出的pwm信号控制；buck降压变换器输出端采用的电流传感器型号为cc6902\20a；
28、进一步地，在第二控制电路中，脉冲宽度调制控制芯片为tl494，输出的pwm波频率为110khz，其pwm放大电路所采用的芯片为tc4420，dac电压输出电路的dac芯片为dac55711dbvrg4。
29、进一步地，所述触摸屏包括设置参数界面、磁控电源输出监测界面、报警消息界面、文件管理界面、绘图界面，使用触摸屏设置参数与检测焊接数据、显示报警状态，通过焊接电流电压波形显示。
30、进一步地，所述固定装置中心有圆孔，圆孔四周有螺纹孔，焊枪(1)从固定装置中心孔中穿过，通过圆孔周围的螺钉与磁场发生装置固定，通过侧面的螺钉与焊接平台固定。
31、进一步地，磁场发生装置的磁芯为居里温度较大、高磁导率的硅钢。
32、进一步地，多核异构平台从触摸屏设置焊接相关参数与焊接电源交互并控制磁控电源，磁控电源根据磁控电源的电流电压经过信号调理电路后通过ad反馈采样值与dac电压输入值比较控制磁控电源输出，并通过磁场发生装置产生焊接过程所需的磁场。
33、相对于现有技术，本发明具有以下效果：
34、本发明的一种基于多核异构平台人机交互的变极性gmaw焊接磁控设备，有助于使用者更简单、更正确、更迅速地操作设备，并提升焊接质量。使用触摸屏设置参数与检测焊接数据，显示报警状态，提升了人机交互的感受。在原有的焊接电源上仅有的数码管显示与按键旋钮输入模式进行优化，使参数输入更简便。新增了焊接电流电压波形显示，能在焊接过程中观察到其波形变化。
35、磁控电源输出能使外加磁场在整个焊接过程中保持稳定，通过合理地调整磁控电源的输出电流，有助于抑制焊缝缺陷、细化晶粒以及改变枝晶生长方向。能够对焊接状态进行实时监测以及动态调整焊接工艺参数、磁场参数，实现了在焊接过程中参数的实时性更新和处理，有助于提高焊接过程稳定性和焊缝成形质量。
1.一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，其特征在于，包括基于多核异构处理器的多核异构平台、磁控电源和磁场发生装置；
2.根据权利要求1所述的一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，其特征在于，所述第一控制电路包括与焊接电源交互的串行通讯接口、与上位机交互的串行通讯接口、与储芯片连接的spi接口、与磁控电源通讯的iic接口、与磁控电源主电路连接的pwm输出接口、触摸屏lcd接口、电流电压ad采样接口；
3.根据权利要求1所述的一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，其特征在于，磁控电源的主电路包括buck降压变换器和h桥逆变电路；所述buck降压变换器中，输入最大为80v/10a直流电源，输出为0-80v、0-10a可调直流稳压信号或稳流信号，在直流磁场模式下，buck降压变换器的输出直接与磁场发生装置中漆包线(31)引出的起始端和结束端相连；交变磁场模式下，buck降压变换器的输出在经过h桥逆变电路后与磁场发生装置中漆包线(31)引出的起始端和结束端相连；电感在导通状态下，电流通过电感的磁场转化为磁能，并存储在电感中；在断开状态下，由于电感的自感作用，磁场会产生电压，将电磁能转化为电能，并通过输出端向负载供电；
4.根据权利要求3所述的一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，其特征在于，电压比较器的负端电压有两种输入方式：
5.根据权利要求2所述的一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，其特征在于，第一控制电路中搭载的多核异构处理器采用的控制芯片是stm32mp157daa，多核异构平台的软件平台采用linux系统，运用linux的framebuffer技术控制触摸屏的tftlcd液晶触摸屏显示，其中存储芯片的型号为at25512。
6.根据权利要求3所述的一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，其特征在于，磁控电源主电路中，buck降压变换器输入最大为80v/10a；buck降压变换器与第二控制电路的脉宽调制控制芯片连接，buck降压变换器的场效应管开关时间由第二控制电路的脉宽调制控制芯片产生的pwm波经放大后控制；h桥逆变电路的逆变频率由第一控制电路中m4处理器发出的pwm信号控制；buck降压变换器输出端采用的电流传感器型号为cc6902\20a。
7.根据权利要求3所述的一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，其特征在于，在第二控制电路中，脉冲宽度调制控制芯片为tl494，输出的pwm波频率为110khz，其pwm放大电路所采用的芯片为tc4420，dac电压输出电路的dac芯片为dac55711dbvrg4。
8.根据权利要求1所述的一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，其特征在于，所述触摸屏包括设置参数界面、磁控电源输出监测界面、报警消息界面、文件管理界面、绘图界面，使用触摸屏设置参数与检测焊接数据、显示报警状态，通过焊接电流电压波形显示。
9.根据权利要求1所述的一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，其特征在于，所述固定装置中心有圆孔，圆孔四周有螺纹孔，焊枪(1)从固定装置中心孔中穿过，通过圆孔周围的螺钉与磁场发生装置固定，通过侧面的螺钉与焊接平台固定。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种基于多核异构平台的变极性gmaw焊接磁控设备，其特征在于，磁场发生装置的磁芯为居里温度较大、高磁导率的硅钢。
