基于DSP的電子束選區熔化束流調控系統的研制*
電子技術應用
王 壯，許海鷹，楊 波，桑興華，張 偉
（1.中國航空制造技術研究院 高能束流發生器實驗室 北京 100024； 2.北京航空航天大學 機械工程及自動化學院 北京 100191）
摘要： 為了獲得穩定的電子束流輸出，提高電子束選區熔化成形質量，研制了一套基于DSP的電子束選區熔化束流調控系統。使用DSP的通用定時器和比較寄存器產生頻率為20 kHz、占空比與死區時間可調的PWM脈沖；設計高壓、束流信號反饋采樣電路；DSP采用積分分離PID控制算法實現束流的快速調節和閉環調控。試驗結果表明該控制系統所控制的電子槍在帶載時最大束流達到150 mA，高壓、燈絲加熱電流給定時，隨著偏壓降低，束流逐漸增大，實現了穩定的束流輸出。
中圖分類號：TM924.16；TG439.3 文獻標志碼：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的電子束選區熔化束流調控系統的研制[J]. 電子技術應用，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的電子束選區熔化束流調控系統的研制[J]. 電子技術應用，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、成形件力學性能優異等優勢，在航空航天、生物醫療和汽車制造等領域獲得廣泛的應用[1-3]。為了獲得穩定的電子束流輸出，保證電子束選區熔化成形的質量，不僅需要高可靠性的電子槍與高壓電源系統，還需要穩定可靠工作的束流調控系統。
為了提高電子束流輸出的穩定性，研制了一套基于DSP的電子束選區熔化束流調控系統，用于控制60 kV/9 kW逆變式電子束選區熔化設備束流調控。首先介紹了束流調控電路在電子束流發生系統中所起到的作用，然后介紹基于DSP的電子束選區熔化束流調控系統的組成及控制方法，最后配合60 kV/9 kW電子槍及高壓電源進行驗證，結果表明所研制系統可以實現穩定的電子束流輸出。
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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.中國航空制造技術研究院 高能束流發生器實驗室 北京 100024；2.北京航空航天大學 機械工程及自動化學院 北京 100191）
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