超聲換能系統(tǒng)的頻率跟蹤與控制方法研究.pdf

1、超聲換能系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，如電子封裝行業(yè)、超聲加工行業(yè)等。超聲換能系統(tǒng)包括兩部分：超聲發(fā)生器和換能器。當(dāng)發(fā)生器輸出的驅(qū)動信號頻率與換能器諧振頻率相等時，換能器輸出功率最大。因此全篇論文以提高換能系統(tǒng)頻率跟蹤效率為核心，主要討論了選擇相位差作為控制量的理論依據(jù)、換能器兩端電壓電流相位差響應(yīng)特性、以及諧振頻率快速搜索方法與零相差前饋控制器的設(shè)計問題。
　　基于力電聲類比法，將換能器各部分機(jī)械桿件等效成電路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，建立了阻

2、抗與接觸面的關(guān)系模型。進(jìn)而等效成最簡模型，得出諧振頻率與支路中各參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，并仿真研究了各參數(shù)對諧振頻率的影響規(guī)律。利用該規(guī)律，提出了選擇相位差作為控制量的理論依據(jù)。
　　理論分析了超聲換能系統(tǒng)，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。利用MATLAB/Simulink平臺，搭建了仿真模型，得出換能器兩端電壓電流相位差在不同驅(qū)動頻率下的響應(yīng)特性。為設(shè)計諧振頻率搜索算法以及設(shè)計零相差前饋控制器提供了參考量。
　　提出了新型諧振頻率搜索算法

3、，即粗搜索與精搜索結(jié)合的雙段搜索算法，用以滿足頻率跟蹤的快速性與準(zhǔn)確性要求。為了保證該頻率驅(qū)動信號經(jīng)過換能器后能被零相差輸出，即完全跟蹤上輸入，設(shè)計了零相差前饋控制器，并仿真驗(yàn)證了該控制器的合理性以及正確性。
　　通過實(shí)驗(yàn)獲取換能系統(tǒng)相位差響應(yīng)特性，與理論仿真進(jìn)行比較，驗(yàn)證了超聲換能系統(tǒng)各部分?jǐn)?shù)學(xué)建模的正確性。純換能系統(tǒng)、加入阻抗匹配的換能系統(tǒng)、加入粗精搜索諧振頻率算法和零相差前饋控制器的換能系統(tǒng)，對這三者頻率跟蹤的能力進(jìn)行比較，