基于非对称式自动稳速控制方法的超声波电源研制

论文摘要

随着声学技术和电力电子技术的不断发展和完善,超声技术己经广泛应用在国民经济的各个领域当中。但随着大功率超声技术的应用范围越来越广泛,人们对超声电源设备性能的要求越来越高,而目前超声电源设备由于缺乏良好的稳定换能器振速的功能,已经不能满足我国经济事业各个领域的需求。因此对超声电源设备的稳速控制方法进行研究具有迫切性和必要性。本文在综合分析国内外对超声电源频率跟踪和稳速控制方法研究的基础上,指出了传统恒流法稳速控制中会出现换能器和超声电源过流的问题,针对该问题,本文根据换能器机电等效电路分析了传统恒流稳速控制会出现过流的原因,并为解决该问题提出了一种新的换能器稳速控制方法,即非对称式自动稳速控制方法。该方法也是通过恒定换能器电流从而稳定换能器振速,但是与传统的恒流法“先频率跟踪,后调节激励电压”不同,该方法在频率跟踪过程中,同时进行激励电压的调节,并使激励电压升高的调节速度远小于频率跟踪的速度,而激励电压降低的调节速度远大于频率跟踪的速度,从而避免或减小换能器负载变化时的调节过程中出现过流。即通过换能器激励电压调节速度的非对称性实现换能器稳速控制过程中的过流抑制。然后使用Matlab软件分别对传统恒流法稳速控制和所提出的非对称式自动稳速控制方法进行仿真与分析,验证所提出的非对称式自动稳速方法的优越性。最后基于此方法研制了超声波电源,并以研制的超声电源为核心搭建了实验平台,测试了超声电源的性能,主要是频率自动跟踪性能和自动稳速性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2.1 功率超声应用
• 1.2.2 课题研究的意义
• 1.3 课题国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 国内外研究现状的分析
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 非对称式自动稳定振速控制方法
• 2.1 压电换能器阻抗特性理论分析
• 2.1.1 压电换能器机电等效电路
• 2.1.2 压电换能器的特征频率分析
• 2.1.3 压电换能器工作方式
• 2.2 非对称式自动稳定振速原理
• 2.2.1 传统恒流法稳速存在的问题
• 2.2.2 非对称式自动稳速方法
• 2.2.3 基于非对称式自动稳速方法的超声波电源结构
• 2.3 非对称式自动稳速方法的仿真与分析
• 2.3.1 负载对传统恒流法稳速性能的影响
• 2.3.2 负载对非对称式自动稳速性能的影响
• 2.3.3 参数设置对非对称式稳速控制方法性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 具有自动稳速功能的超声电源设计
• 3.1 主电路的设计
• 3.1.1 变压及整流滤波电路
• 3.1.2 直流斩波调压电路
• 3.1.3 高频脉冲变压器设计
• 3.1.4 正弦波转换电路设计
• 3.2 频率跟踪回路的设计与分析
• 3.2.1 锁相环式频率自动跟踪的原理
• 3.2.2 锁相环回路的构成与分析
• 3.2.3 锁相环频率跟踪误差分析
• 3.2.4 基于CD4046 的锁相频率跟踪电路设计
• 3.3 非对称式稳定振速回路的设计
• 3.3.1 换能器峰值电路检测
• 3.3.2 基于单片机的非对称式稳速控制电路
• 3.3.3 非对称式稳速控制程序设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 超声电源性能实验
• 4.1 实验装置
• 4.2 自动频率跟踪性能测试
• 4.3 稳速性能测试
• 4.3.1 缓变负载条件下稳速性能测试
• 4.3.2 突变负载条件下稳速性能测试
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢