脈沖式超聲波發(fā)生器頻率自動(dòng)跟蹤技術(shù)的研究
功率超聲加工技術(shù)是當(dāng)前超聲加工領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。由于其工作環(huán)境復(fù)雜，超聲波換能器的諧振頻率在加工過程中經(jīng)常發(fā)生漂移，從而影響加工質(zhì)量。針對(duì)這一問題，中北大學(xué)的成志婕研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種超聲波發(fā)生器的頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。
研究團(tuán)隊(duì)基于Mason等效電路理論建立了帶負(fù)載的超聲加工系統(tǒng)頻率方程，得到了帶負(fù)載換能器諧振頻率與調(diào)頻電感的關(guān)系模型。根據(jù)理論分析結(jié)果，他們制定了復(fù)合頻率跟蹤方案，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路和軟件程序以實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)生器頻率的自動(dòng)跟蹤功能。
主要研究內(nèi)容包括：對(duì)超聲波換能器的調(diào)頻特性進(jìn)行了理論分析；基于Mason等效電路，建立了換能器頻率特性方程，并選擇了串聯(lián)諧振點(diǎn)作為超聲加工系統(tǒng)的工作頻率點(diǎn)；結(jié)合換能器的諧振特性，得到了超聲波換能器負(fù)載、調(diào)頻電感和諧振頻率的關(guān)系表達(dá)式。
基于理論分析的結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)制定了復(fù)合頻率跟蹤方案，該方案可以有效解決帶不同工具桿負(fù)載換能器諧振頻率漂移的問題，同時(shí)保證超聲加工系統(tǒng)的工作性能。他們還根據(jù)所需匹配換能器的參數(shù)對(duì)超聲波發(fā)生器的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)選型和仿真，并編寫了主程序、頻率跟蹤子程序和人機(jī)交互程序三部分軟件程序。
為了實(shí)現(xiàn)電氣隔離，成志婕將超聲波發(fā)生器分為主電路系統(tǒng)和頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)兩大部分。主電路系統(tǒng)是大電流工作板，主要負(fù)責(zé)將220V/50Hz的市電整流濾波為直流電，并將該直流電逆變?yōu)槌曨l交流電；頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是小電流工作，對(duì)換能器的諧振頻率進(jìn)行搜索跟蹤。
研究團(tuán)隊(duì)搭建了頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)，并基于該平臺(tái)設(shè)計(jì)了換能器調(diào)頻特性分析試驗(yàn)和頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)頻率跟蹤效果試驗(yàn)。結(jié)果表明，在匹配回路中加入調(diào)頻電感可以有效補(bǔ)償負(fù)載對(duì)換能器諧振頻率的影響；所設(shè)計(jì)的頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)具有良好的跟蹤性能。
