超声波焊机功率发生器单片机控制系统的研究

为了更好地提高超声波焊机的功率,改善焊机的性能,采用IGBT管(绝缘栅极双极晶体管)设计了超声波功率发生器的硬件系统,运用规则取样方式实现SPWM序列的算法,采用8098单片机编制软件实现SPWM序列算法的控制及频率自动跟踪.结果表明系统具有较高的可控性,自动跟踪频率精度高,研制的超声波功率发生器适用于超声波塑料焊机.     

负载性质及输出功率对声共振频率的影响

在各种超声波加工中,为了充分利用超声功率,要求激励频率必须与机械传声系统固有频率重合。最近在有些超声波加工中,已采用了自激频率跟踪发生器[1][2],它能在有载传声系统共振频率发生偏移时,自动跟踪之。 在超声波冷拔工艺中:负载性质如何,对传声系统共振频率有何影响;激励状态及功率对频率有何影响以及频率偏移对效果有何影响?为此,我们对超声冷拔铝管、钢管、紫铜管、黄铜管、钢丝进行了广泛的实验研究,并获得了一些实际结果。试验得出,在超声振动外模拉拔工艺条件下,频率偏移很小,可不采用频率自动跟踪系统。     

基于模糊PI控制的超声波换能器谐振频率跟踪系统仿真

对于超声波换能器谐振系统,利用传统谐振频率跟踪方法动态性能不甚理想,故而采用模糊控制与PI控制相结合的模糊PI控制方法.首先对超声波发生器系统进行建模,再由模糊规则表、模糊化、反模糊化以及在线仿真整定,确定PI控制器参数,最后以相位差作为模糊PI控制器的输入量,进而得到新的驱动频率控制量,新的驱动频率信号驱动逆变器得到换能器此时所需要的控制频率,即换能器谐振频率.计算机仿真结果表明,模糊PI控制方法使整个系统具有更好的动态和静态性能,能有效地使换能器工作在谐振频率.     

基于STM32的超声波电源设计与实现

压电超声波换能器应用广泛,可用于工业塑焊、测距、探伤、医学成像、碎石等.不同的换能器及负载,其谐振频率不同且会动态变化,所以需要匹配不同的电源,使换能器工作在理想状态.为此,设计一套用于工业塑焊的可自动追踪换能器谐振频率和恒定振幅的超声波电源.该电源以STM32为控制器,输出PWM波控制IGBT实现逆变,并使用LC串联型网络来匹配换能器,将负载端电流电压采集回STM32形成闭环系统,从而实现自动追频和恒定振幅控制.经验证,当换能器谐振频率偏移时,本系统能在500 ms内完成自动追频,振幅误差小于3%,加工成功率及效率提高50%以上,能在一定程度上延长换能器寿命,提升工厂加工效率、提高生产安全性.     

关于超声振动切削中振幅衰减理论的探讨

通过实验研究和理论分析,获得了在振动加工中由载荷增加而引起的功率动态分配也是超声波振幅逐渐衰减的一个重要原因,并从功率分配的角度,通过理论分析得出了二者的数学表达式,验证了实验结果,同时分析了该实验的合理性,给出了几种解决方案,并提出了用神经网络分析振动切削力的思想.实验结果最终表明:在采用频率跟踪后,超声振动加工中的振幅衰减主要来源于功率分配.     

行波型超声波电机新型驱动控制电路的研究

由于超声波电机的工作原理及其驱动控制方式不同于传统的电磁型电机,针对超声波电机的驱动要求,研制了一套新型频率跟踪及调速装置,对该装置中硬件电路部分的实现作了详细介绍.     

激光通信ATP精跟踪光斑探测相机

分析了激光通信ATP精跟踪系统中高精度光斑探测提取的需求,阐述了ATP精跟踪光斑探测相机设计思路以及光斑质心提取算法的硬件实现方法.根据激光通信ATP精跟踪系统所的需要性能参数研制了高性能光斑探测相机.通过测试验证了,当相机达到2.5 kHz的探测频率,光斑质心位置提取精度优于0.1像元.所以相机的性能能够满足ATP精跟踪系统所需的探测带宽和探测精度.     

振动控制技术的研究

研究了一种新型的作动器,主要用来解决由发动机所引起的船舶甲板的振动问题.通过机械机构及控制系统来实现激振频率及振幅的在线跟踪调节,控制系统可自动识别相角差及振动幅值并自动进行调节.模糊控制器可显著地减小船舶的振动,作动器与激振器相角差控制方面首次提出了优化模糊控制算法,与传统模糊控制算法比较,模糊控制规则可根据实际测试结果进行确定,然后由程序进行分段线性优化,提高了相位角差调整的精度,理论分析和仿真结果表明,当系统模型参数发生变化时,该作动器具有良好的特性,对于抵消来自振源的振动具有良好效果.     

超声冲击设备及晶粒细化实验研究

介绍了超声冲击晶粒细化表面处理方法以及系统的总体结构,分析了超声电源功率控制和频率跟踪的实现方法,采用由STC单片机、UC3875移相芯片等组成的、功率输出稳定可调节、频率自动跟踪的超声波电源,搭建了超声冲击晶粒细化设备。对电源输出信号进行了测试,进行了两种材料的表面冲击试验。试验结果表明该设备可以满足超声表面晶粒细化冲击的要求。     

智能桁架结构自抗扰振动控制实验研究

针对大型智能桁架结构的振动抑制问题,采用扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF),设计了不依赖于模型的自抗扰振动控制器。然后,基于dSPACE实时仿真系统,建立了102杆三棱柱压电智能桁架结构的主动振动控制试验系统,进行了自抗扰振动控制实验。结果表明:自抗扰振动控制器可有效地用于压电智能桁架结构的振动控制,低频谐振控制实验振幅降低了81.5%,取得了良好的控制效果。     

一种实用超声马达驱动电路的设计和制作

超声波马达是一种借助摩擦传递弹性超声波振动以获得动力的驱动结构。超声波马达需要专用电源供电,在实验室中只要具有信号发生及放大装置即可满足这个要求,而当马达作为某个装置的部件时,就需要配置专用的可移动电源器。针对实验室利用压电材料所研制的新型超声波马达,设计和制作出了一种专用驱动电路。该驱动电路由干电池提供直流电源,产生频率范围为10-100kHz,电压峰峰值为0-180V可调的超声波信号。实验结果表明,研制的电路性能稳定,能方便地驱动超声波马达,并良好运转。     

基于DSP的超声冲击电源控制系统设计

为解决现有超声冲击模拟电源频率跟踪性能差、恒幅调节步长不可控的缺陷,以TI公司生产的TMS320LF2407A型数字信号处理器(DSP)芯片为控制核心,研制了一套数字化超声冲击电源控制系统.实验证明该设计可以实现精确的频率跟踪、恒幅控制并完成液晶显示,使整个冲击过程维持在良好的谐振状态,从而得到均匀一致的理想冲击表面.     

应用于超声测距的小波变换滤波算法

有效的滤波算法是提高超声测距精度的关键之一。小波变换具有时频联合分析的能力,采样点处的各级小波系数反映了其频率成分的分布情况。该文提出了一种基于小波变换的超声回波滤波算法。对原始数据进行离散二进小波变换,然后将各点的小波系数同理想回波信号的小波系数进行相关运算,利用得到的相关系数区分噪声和回波所在区段,然后对噪声的小波系数进行收缩处理,从而实现滤波。利用该算法对自制的超声测距装置采集到的回波数据进行了滤波处理。结果表明:其滤波效果要优于经典的小波阈值法,信号信噪比提高了6～9dB,数据中混有的大幅值噪声得到了有效抑制。     

余弦形超声变幅杆的改进

推导了改进的余弦形超声变幅杆的频率方程、各参数的计算公式以及等效四端网络传输矩阵参量，并与其它类型的变幅杆进行比较．结果表明，余弦形变幅杆具有和指数形变幅杆相同的放大系数和频率方程，同样可作为单一变幅杆使用．     

用回波重建法分离软组织的超声反射波与散射波

提出用计算机仿真重建反射回波，以分离软组织超声反射与散射波的方法。该法不仅 能考虑到超声波在传播过程中幅度的衰减，还能够考虑到频率构成的变化。为实现该法，在以 前模型的基础上建立了各层衰减系数不同的分层介质超声传播模型，形成了估计各层衰减系 数与各界面反射系数的有效方法。为提高衰减系数估计中谱分析对噪声的稳健性，提出并采用 了冗余自相关算法。用计算机仿真实验与生物组织仿真模块实验验证了上述方法的有效性。     

超声波传感器谐振规律的实验研究

由于晶体超声波谐振子泛音的存在，谐振频率点并不唯一。而超声波测量系统频率的选择至关重要。为确定用于流量测量的超声波传感器的谐振频率，设计了实验测试方案，即用函数信号发生器给发射传感器输入幅度相同、频率不同的方波激励信号，用示波器观测接收传感器输出信号，记录接收探头随频率递增时，幅度较大极值点所对应的频率。然后，以数据拟合的方法寻求晶体超声波谐振子各谐振频率点分布的规律。实验结果表明：根据这些幅度较大极值点寻求的谐振频率点分布的拟合线，基本符合一般极值点对应频率的分布规律，反过来证明了研究所得的该种传感器谐振频率点分布规律的正确性，这为流量测量中超声波频率设定提供依据。     

基于超声波检测的汽车防雨密封性试验研究

针对汽车防雨密封性淋雨试验方法中存在的主要问题,提出了一种基于超声波检测的试验方法,采用超声波发生器作为信号源置于车体内,利用检测装置将超声振动波转换成电压信号输出,经计算机处理分析后可自动评定汽车的防雨密封性能.研究结果表明,该方法可节省试验时间、简化试验步骤、降低试验成本,对提高营运汽车运行的安全性和舒适性、实现完整的全自动汽车综合性能检测系统可起到积极的推动作用.