【摘 要】
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随着超声技术在工业领域应用的深入和广泛,作为超声设备能源提供者的超声波电源的需求也越来越急切,本文在超声波电源研究现状的基础上,分析了超声波电源的特点,结合了数字控
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随着超声技术在工业领域应用的深入和广泛,作为超声设备能源提供者的超声波电源的需求也越来越急切,本文在超声波电源研究现状的基础上,分析了超声波电源的特点,结合了数字控制技术,频率直接合成技术(DDS),直流斩波技术等设计了一种基于数字化控制技术的超声波电源。本文的主要研究内容包括:在调功技术方面,分析了整流侧调功技术、直流侧调功技术、逆变侧调功技术的特点选择了直流侧调功技术作为本超声波电源的调功方案,并且设计了基于直流侧调功技术的超声波电源主电路拓扑,在频率跟踪控制方面,介绍了各种传统频率跟踪控制方法,如最大电流搜索谐振频率法、锁相环控制方法、匹配电感调节法,分析了传统频率跟踪控制方法存在花费大量计算周期,过渡时间较长的特点,提出了一种基于谐振频率自动识别的变步长频率跟踪控制方法,并且对变步长控制的切换条件进行了定量分析,该方法能够有效的减少频率搜索过渡时间,提高超声波电源的动态响应效果,保证系统具有较低的稳态误差。在匹配电路方面,分析了串联匹配电感和并联匹配电感的特点,选择了一种合适的匹配方式。本文对超声波电源的功率电路和控制电路的详细设计进行了阐述,将所设计的频率跟踪控制算法编写程序,写入控制芯片,并且进行了实验。实验结果证明,本文设计的超声波电源能够对输出功率进行调节,基于谐振频率自动识别的变步长频率跟踪方法能够对换能器负载的谐振频率进行识别,相对传统的频率跟踪方法,减少了过渡时间,并且继续维持换能器的谐振状态。因此,电源具有输出动态响应良好,过渡时间短,稳态误差较低的特点。
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