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基于DSP的超声波电源研究

发布时间:2018-04-26 18:53

  本文选题:超声波电源 + 频率跟踪 ; 参考:《河南理工大学》2014年硕士论文


【摘要】:目前,超声加工技术的应用范围被不断拓宽,对于超声波电源的性能要求在不断提高。因此,超声波电源的研究工作受到国内外学者密切关注。现有的超声波电源输出谐振频率段固定,搭载换能器单一;超声波电源与换能器的匹配网络在换能器运行过程中无法实现动态匹配;超声波电源在输出功率稳定性方面具有一定缺陷,导致超声振动系统无法实现恒振幅输出。为此,本文以这三个关键技术问题为研究对象,构建基于DSP的新型超声波电源,主要研究工作如下:首先,本文阐述超声波电源的发展历程及国内外研究现状,分析超声波电源关键技术问题研究进展。采用超声波换能器的梅森等效电路模型,分析换能器的阻抗特性变化情况,建立匹配网络的等效电路模型,利用数字式电感构成匹配网络解决电源动态匹配问题,为超声波电源的研究工作奠定基础。其次,依据对换能器及匹配网络的分析,确立超声波电源总体方案。提出基于数字锁相式频率跟踪技术与变步长搜索电流极值方式相结合的复合频率跟踪策略,实现多谐振频带锁频;采用移相脉宽调制技术(PS-PWM)实现电源输出功率无级调节,提高超声系统输出振幅的稳定性。最后,完成超声波电源的硬件系统与软件系统设计。在硬件系统方面,采用不控整流方式实现交直流转换,以桥式逆变电路构成电源系统的主功率电路完成直交流转换,利用数字式匹配电感网络实现电声转换,设计合理的信息反馈回路,构建基于DSP的控制系统硬件电路。在软件系统方面,依据控制策略的算法要求结合硬件系统,完成电源的主程序及各个控制模块程序的设计。利用软件仿真与硬件调试相结合的方式,分析验证本文的设计方案,为进一步优化系统提供依据。实验结果表明本文所设计的超声波电源具有多频率段输出的能力,能够实现频率自动跟踪、输出功率的无级调节和动态响应换能器的阻抗特性变化,采用软开关技术,有效地降低开关损耗,提高电源整机效率。
[Abstract]:At present, the application range of ultrasonic processing technology has been widened constantly, and the performance requirements of ultrasonic power supply are increasing. Therefore, the research work of ultrasonic power supply is closely concerned by scholars at home and abroad. The current ultrasonic power output resonant frequency section is fixed, the transducer is single, the matching network of ultrasonic power supply and transducer is in the network The dynamic matching of the transducer can not be realized during the operation of the transducer; the ultrasonic power supply has some defects in the output power stability, which causes the ultrasonic vibration system to not realize the constant amplitude output. Therefore, this paper takes these three key technical problems as the research object, and constructs a new ultrasonic power supply based on DSP. The main research work is as follows: first, this This paper expounds the development course of ultrasonic power supply and the current research status at home and abroad, and analyzes the research progress of the key technology of the ultrasonic power supply. Using the Mason equivalent circuit model of the ultrasonic transducer, the impedance characteristics of the transducer are analyzed, the equivalent circuit mode of the matching network is set up, and the digital inductor is used to form a matching network to solve the electricity. The problem of source dynamic matching lays the foundation for the research work of the ultrasonic power supply. Secondly, according to the analysis of the transducer and the matching network, the overall scheme of the ultrasonic power supply is established. A complex frequency tracking strategy based on the combination of the digital phase-locked frequency tracking technology and the variable step length search current extremum is proposed to realize the multiple resonant frequency band frequency locking. The phase-shift pulse width modulation (PS-PWM) is used to realize the stepless regulation of power output power and improve the stability of the output amplitude of the ultrasonic system. Finally, the hardware and software systems of the ultrasonic power supply are designed. In the hardware system, the AC and DC conversion is realized by the uncontrolled rectifier mode, and the main work of the power system is formed by the bridge inverter circuit. The rate circuit completes the direct AC conversion, uses the digital matched inductance network to realize the electroacoustic conversion, designs the reasonable feedback loop and constructs the hardware circuit of the control system based on DSP. In the software system, the design of the main program of the power source and the program of each control module is completed according to the algorithm requirements of the control strategy and the hardware system. With the combination of software simulation and hardware debugging, the design scheme of this paper is analyzed and verified to provide a basis for further optimization of the system. The experimental results show that the ultrasonic power supply designed in this paper has the capability of multi frequency output, and can realize frequency automatic tracking, output work rate stepless regulation and dynamic response transducer impedance. The soft switching technology can effectively reduce switching losses and improve the efficiency of power supply.

【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TB559;TN86

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本文编号:1807220

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