基于頻率自動跟蹤與振幅恒定控制的超聲電源的研制.pdf

1、近年來，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，超聲技術(shù)得到了迅速的發(fā)展并被廣泛應(yīng)用。尤其是在超聲加工方面，大功率超聲技術(shù)的應(yīng)用越來越廣。不斷提高的應(yīng)用要求，反過來又促進(jìn)了對超聲電源研究的不斷深入。實(shí)現(xiàn)頻率自動跟蹤和振幅恒定控制是超聲電源的兩個關(guān)鍵技術(shù)，各個研究者都在不斷對其進(jìn)行深入研究與改善。
　　本文針對超聲電源的頻率自動跟蹤、振幅恒定控制等關(guān)鍵技術(shù)，基于ARMCortex-M3架構(gòu)嵌入式微處理器STM32研制了一套智能化大功率超聲電源。主要

2、研究內(nèi)容包括:
　　(1)根據(jù)超聲換能器的等效電路特性，分析了超聲換能器的多峰值性和相位特性，提出了基于電流法和相位控制法相結(jié)合的頻率自動跟蹤方案，該方案既能在換能器開始工作前對換能器的諧振頻率進(jìn)行自動搜索，使得電源能自動適配具有不同諧振頻率的換能器進(jìn)行工作，還能對換能器在工作過程中發(fā)生的諧振頻率漂移進(jìn)行精確跟蹤;同時基于換能器回路中電流有效值與換能器輸出振幅的關(guān)系，設(shè)計(jì)了將換能器回路中電流有效值作為反饋信號來調(diào)節(jié)電源輸出功率的方

3、法，實(shí)現(xiàn)振幅恒定控制;
　　(2)建立了超聲電源主電路結(jié)構(gòu)，并分別對整流、功率調(diào)節(jié)、逆變、匹配、反饋等進(jìn)行了深入的分析。通過在整流環(huán)節(jié)使用Buck斬波器解決電源輸出功率可調(diào)的問題;使用基于DDS技術(shù)的PWM波形發(fā)生器、基于RC延時電路的死區(qū)時間形成電路以及IR2110驅(qū)動芯片共同實(shí)現(xiàn)對全橋逆變電路的驅(qū)動，產(chǎn)生頻率可高精度調(diào)節(jié)的交流信號來驅(qū)動換能器工作，該逆變部分的設(shè)計(jì)使控制器執(zhí)行簡單的步驟就能進(jìn)行快速、高精度地頻率自動跟蹤;在反饋

4、系統(tǒng)中根據(jù)反饋控制方案所改進(jìn)的相位檢測電路能極大簡化控制器的軟件設(shè)計(jì)，極大提升頻率跟蹤的速度;
　　(3)根據(jù)超聲電源的工作特點(diǎn)設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)軟件程序，包括頻率自動跟蹤控制程序和振幅恒定控制程序，具體實(shí)現(xiàn)了控制思想。為了實(shí)現(xiàn)既快速又精確的控制，設(shè)計(jì)了變步長的控制策略。由于對各硬件部分的電路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，軟件結(jié)構(gòu)變得簡單，使控制更加穩(wěn)定;
　　(4)基于理論設(shè)計(jì)完成了超聲電源硬件的制作和軟件的編寫，進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)調(diào)試。并在實(shí)