基于LabVIEW的超声波换能器谐振跟踪系统

在超声换能器的工业应用中,谐振频移和阻抗变化是常见的现象,他们将导致换能器的效率变低和振幅不稳定。为了解决这一问题,文中开发一个驱动和测量系统来跟踪超声波换能器的谐振,它具有实时监视超声波换能器各性能参数的能力。Lab VIEW中使用PI控制算法来实现谐振跟踪。另外,该系统可以方便地运用于不同的换能器和负载条件。通过实验,验证了该系统的可行性与适用性。     

超声波电源新型频率功率自跟踪系统的研究

针对超声波生物处理设备工作过程中负载突变或元器件老化等因素引起的阻抗漂移而导致能量转换效率降低等问题,提出利用正交相关方法检测并计算负载阻抗参数,结合Fuzzy-PID控制算法对输出频率和功率进行调节,从而解决电路未工作于谐振状态而导致的效能损失.针对额定谐振频率约为32 kHz的超声波换能器进行实验,结果表明,上述方法能很好地实现电路频率自跟踪和功率调节.     

基于频率搜索和跟踪的压电超声电源设计

针对洁牙机的超声电源在工作时难以快速搜索到压电陶瓷换能器谐振点,长时间工作引起大功率器件发热量过大致使系统产生谐振漂移、不能稳定工作的问题,提出了一种基于频率自动搜索与跟踪的超声洁牙机驱动电源设计。该设计通过STM32单片机控制输出步进PWM,基于最大反馈电流设计变步长法快速搜索谐振频率;再利用相位检测技术将换能器输出的电压电流相位差作为电路谐振状态的反馈信号,结合STM32单片机进行PID控制,改变PWM占空比调节电路的振荡频率使系统始终工作于谐振状态,实现谐振频率的自动跟踪,并基于此设计出超声电源电路与控制软件。实验结果表明,该超声电源能快速搜索到换能器的谐振频率,并对谐振频率自动跟踪,使系统能稳定、长时间地工作。     

基PSO-PID的超声电源频率跟踪系统设计

针对多数超声波电源存在频率漂移、跟踪性能差、易失谐,造成能量转换效率低、甚至设备损坏等诸多问题,设计了一种基于数字控制、可实现快速频率跟踪的超声波电源。将改进的粒子群算法(PSO)结合比例积分微分(PID)控制应用于频率控制过程,实现了启动瞬间及工作过程均能快速检测超声波换能器的谐振频率,并调整对应输出脉冲频率,使换能器工作于谐振状态,高效地将电能转换成声能。     

超声轴承用压电换能器结构设计与有限元分析

提出了一种超声轴承用新型径向挤压式压电换能器,对换能器的机电特性进行了有限元分析。明确了有限元建模方法,从模态分析角度分析压电换能器的谐振频率和径向最大振幅,依据模态分析结果对压电换能器的幅频特性进行谐响应分析,采用正交试验法对换能器结构进行优化设计,制作最佳结构压电换能器样机,并进行工作频率测试。实验结果表明,换能器径向振动谐振频率的有限元计算值与实验结果具有良好的一致性,证明了有限元计算的正确性,为超声轴承用压电换能器的设计研究提供重要价值。     

超声轴承用压电换能器结构设计与有限元分析

提出了一种超声轴承用新型径向挤压式压电换能器,对换能器的机电特性进行了有限元分析。明确了有限元建模方法,从模态分析角度分析压电换能器的谐振频率和径向最大振幅,依据模态分析结果对压电换能器的幅频特性进行谐响应分析,采用正交试验法对换能器结构进行优化设计,制作最佳结构压电换能器样机,并进行工作频率测试。实验结果表明,换能器径向振动谐振频率的有限元计算值与实验结果具有良好的一致性,证明了有限元计算的正确性,为超声轴承用压电换能器的设计研究提供重要价值。     

一种频率可调超声波发生器设计

不同清洗物所需的清洗频段不同,需要接入的超声波换能器也不同。为了提高超声波发生器对不同频段换能器的适应性,设计了一种由上位机进行频率给定、锁相环电路进行频率跟踪的闭环控制系统。整个系统由STM32主控制器产生脉冲宽度调制(PWM)脉冲信号,控制EXB841优化驱动电路,驱动高频全桥逆变电路;通过阻抗匹配和输出电流的检测,保证作用于换能器输出的功率值最大。同时对于不同频段的超声波换能器,需要调整给定输入,保持发生器在频率基准值的一定范围内进行频率跟踪。超声波换能器测试样机工作频率点为28.8 kHz,最大功率1 500 W,将本系统接入后谐振频率保持在28.8 kHz左右,输出功率近似为最大值。经测试,该系统对于工作频率点为20~40 kHz的超声波换能器都具有较好的适应性。     

超声键合变频式超声波发生器的设计

用于超声键合工艺的超声波发生器是引线键合封装设备的主要装置,其作用是驱动换能器并使其处于谐振工作状态,多工作频率点是未来换能器发展的一个重要方向.传统超声波发生器不具备多频段频率跟踪功能,该文构建了一种变频式超声波发生器,可动态适应不同特性的换能器,具有通用、应用面广等特性.变频式超声波发生器基于嵌入式系统,采用快捷准确的直接数字频率合成(DDS)及锁相环(PLL)反馈方案,实现自动查找换能器各谐振频率以及频率自动跟踪功能.实践证明,变频式超声波发生器可以驱动各种不同谐振频率的引线键合超声波换能器,并达到换能系统工作时的快速锁相、准确锁频要求.     

超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法

用检相法测试出换能器输出电压和电流相位差的值和滞后/超前情况作为超声波焊接机工作频率调整信号,通过磁饱和原理和数字电位器改变线圈电场强度来改变其电感值(即改变电路工作频率)从而跟踪控制频率使电路回到谐振状态.本文讲述了频率控制原理,给出了实现电路和测试数据,证明了此方法是可行的.     

弹光调制器的频率漂移特性及其傅里叶变换光谱的稳定性研究

弹光调制器作为高Q值的谐振器件,在高压谐振下,其谐振频率将随着自身温度升高漂移,影响了弹光调制干涉仪的稳定性和重建光谱的准确性。在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于频率跟踪和幅值调节的弹光调制器双闭环自适应驱动控制方法。在该方法中,采用数字锁相技术的频率自扫描方法实现驱动频率对弹光调制器谐振频率的跟踪;基于检测参考激光干涉图的最大光程差的变化调节驱动信号的幅值,以实现重建光谱的稳定控制,同时基于参考激光的最大光程差参数实现重建光谱的定标。在实验中该驱动控制方法应用到弹光调制傅里叶变换光谱仪中,实现了驱动频率对弹光调制器谐振频率的实时跟踪和高压功放电路的幅值调节,使得干涉图的最大光程差稳定在0.236 nm左右,其精密度为3.3%;重建光谱的最大相对误差为2.5%。此实验验证了该方法能有效稳定弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率。     

机载激光通信的模糊神经网络PID视轴稳定控制

机载激光通信的视轴稳定是建立激光通信链路的前提。为了有效地克服载体扰动与参量改变对粗跟踪系统视轴稳定的不利影响,设计了一种基于模糊神经网络的比例-积分-微分（PID）控制方法。该方法结合模糊理论的非线性控制能力与神经网络的自主学习能力,实现了对PID参量的实时在线调整。结果表明,与传统PID控制方法相比,模糊神经网络PID控制方法提高了系统的动态响应速度,减小了系统超调量,当载体受到扰动与参量改变时,具有较强的自适应性和鲁棒性。     

自适应压电振动盘控制器设计

振动给料机是工业控制自动化中常用的设备,压电振动盘是目前效率和稳定性最高的振动给料机,但在使用过程中存在共振点变化导致效率下降的问题。针对该问题,设计了适用于压电振动盘的自适应控制器。该控制器能够对压电振动盘的振动频率和幅值进行连续调节,模糊PID控制使得振动盘输出幅值保持稳定,自适应算法使振动盘始终工作在最佳振动频率。控制器采用准谐振开关电源,可以消除电网电压波动对系统工作的影响。设计结果表明:该控制器工作性能稳定,驱动效率高且产生的噪音较小。     

基于快速反射镜的模糊自适应PID控制算法研究

针对机载平台在振动、扰动和快速机动条件下光电系统高精度稳定指向的需求,开展宽频带视轴稳定技术的相关研究,并针对该稳定系统的核心—快速反射镜,提出一种改进型的模糊自适应PID控制算法。该算法在经典PID控制算法基础上,引入模糊设计思想和参数自整定方法,解决了复杂工作环境下控制系统数学模型不易获取、控制参数时变等因素对稳定系统的影响,为保证远距离机载光电载荷的高精度目标定位及目标瞄准提供技术支撑。仿真结果表明,该控制算法相比经典PID控制具有响应速度快、稳态性能好、抗干扰能力强等优点,具有良好的控制效果。     

机载激光通信的重复自抗扰视轴稳定控制

机载激光通信的视轴稳定是建立激光通信链路的前提。针对通信终端载体的非线性扰动和扰动模型未知造成视轴稳态误差较大的问题,结合自抗扰控制与重复控制,提出了重复控制补偿自抗扰算法,以完全消除周期性稳态跟踪误差。仿真实验结果表明,与自适应PID控制方法相比,重复控制补偿自抗扰算法可以有效抑制平台的非线性扰动,提高了系统的稳态精度,并且具有较快的响应速度与较强的鲁棒性。     

热声焊机变幅杆固有频率模态分析

纵向振动单一超声变幅杆是热声焊机换能器中的关键零件,其作用是放大换能器所获得的超声振动振幅.为了得到最大的振动幅值,变幅杆固有频率应和超声波发生器的工作频率相同.运用ANSYS有限元分析软件进行了不同材料下的变幅杆固有频率的模态分析,验证了1Crl8Ni9Ti不锈钢的变幅杆的纵振固有频率与工作频率相一致,给出了纵振模拟图和位移图,并对模态分析结果进行了研究,以了解在给定的频率范围内各种模态形式,通过采取一定方式抑制接近工作频率的影响键合质量的非工作模态产生.     

大口径压电快摆镜机构迟滞非线性补偿与控制

为了提高空间天文望远镜精密稳像系统中大口径压电快摆镜机构（Fast Steering Mirror,FSM）的控制精度,采用迟滞前馈补偿和最优PID控制算法相结合的复合控制策略。针对基于广义Play算子的Prandtl-Ishlinskii（PI）模型可逆性受约束条件限制以及求逆过程中模型参数估计误差累加的问题,提出了一种基于广义Stop算子的PI逆模型进行压电执行器（Piezoelectric Actuator,PZT）迟滞补偿。针对逆迟滞模型的不确定性和直接前馈控制抗干扰能力差的问题,在控制系统中加入最优PID闭环控制器。采用自适应差分进化算法（Adaptive Differential Evolution,ADE）对迟滞逆模型参数和PID控制器参数进行寻优并引入混沌搜索机制来提高ADE算法的性能。实验结果表明:与传统PI模型解析求逆方法相比,基于广义Stop算子的PI逆模型能够更好描述逆迟滞曲线,拟合频率为1 Hz的迟滞曲线,拟合精度提高78.04%;实时跟踪频率分别为1、10、20 Hz的大口径快摆机构目标摆动位移,复合控制策略的跟踪精度相比于直接前馈控制分别提高了38.56%,22.92%和13.5%。     

石墨电极研磨机主振台微圆周振动的实时监测与控制

针对石墨电极研磨机主振台微圆周振动轨迹实时监测与控制的要求，采用了双测头电涡漉传感器分剐检测主振台x，y向的振动。传感器标定数据的神经网络拟合方法保证了检测的精度。通过对主振台相对于测头振动位移的实时测量．可以得到主振台的微圆周振动动态振幅，从而控制机床以保证研磨加工的顺利进行并为电火花加工钢模提供了平动头的振幅参数。     

采用预测控制进行纵向塞曼幅值热稳频的研究

产生纵向塞曼频率分裂的He—Ne激光器输出左、右旋圆偏振光,其光强差和激光频率呈稳定的调谐曲线。装置利用单片机采集幅值信号,采用预测控制理论进行数字调节,输出PWM(PulseWidth Modulation)信号补偿激光管的温度以实现热稳频控制。为实现对热稳频大滞后、非线性这一复杂系统的高质量控制,提出了预测控制方法,该方法克服了传统PID(Proportional IntegralDifferential)调节中存在的调整工作量大,控制后果不能及时反馈的不足,适用于各种热稳频过程。数字仿真和实验验证预测控制是稳定的,对模型误差的适应能力强。对10s采样周期,估算得系统频率稳定度达6.7×10~(-9)。