基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统，其由硬件电路和软件程序两部分组成，硬件电路包括：依次连接在一起的电压电流采样电路、带通滤波电路、鉴相电路(采集电压和电流的相位差、实现数字锁相环)、STM32芯片和IGBT驱动电路以及与STM32芯片连接在一起的显示屏，模糊PI控制技术以软件程序的形式实现，软件程序由STM32芯片执行，主控程序包括：系统初始化程序、显示屏程序、相位差信息捕获程序和PWM频率控制输出程序(包括：PWM输出程序和模糊PI算法程序)。本发明专利技术公开的频率跟踪系统，可使超声波电源输出信号频率随着换能器谐振频率变化而变化，实现对换能器谐振频率自动、精确和快速跟踪。

Frequency Tracking System of Output Signal of Ultrasound Power Supply Based on Fuzzy PI Control Technology

【技术实现步骤摘要】
基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统
本专利技术涉及一种超声波电源输出信号频率跟踪系统，具体涉及一种基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统，属于电学

技术介绍
超声波电源通常称为超声波发生源、超声波发生器，它的作用是把电能转换成与超声波换能器(以下简称换能器)相匹配的高频交流电信号。超声波电源作为超声技术的重要产物之一，在清洗、医疗、焊接等领域的应用极为广泛。随着超声技术的快速发展，人们对超声波电源的效率、精度、寿命等性能的要求也越来越高。为了提高超声波电源的工作效率，逆变器输出的信号频率应与换能器谐振频率一致。可是，对于工业大功率超声波电源来说，换能器在工作时发热明显、负载变化范围大且由于工作环境的原因换能器机械损耗也极为严重，这些都会导致换能器固有的谐振频率漂移，为了极大地提高大功率超声波电源的生产效率和使用寿命，大功率超声波电源要有精准、快速、自动跟踪换能器谐振频率的功能。传统的超声波电源输出信号频率跟踪系统多采用模拟锁相环式，但该种方式频率跟踪范围窄、响应慢、控制不灵活且无法对不同频率特性的换能器实现跟踪。目前，无论是通过相位差还是通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统，其特征在于，该跟踪系统由硬件电路和软件程序两部分组成，模糊PI控制技术以软件程序的形式实现，其中：硬件电路包括：电压电流采样电路、带通滤波电路、鉴相电路、STM32芯片、IGBT驱动电路和显示屏，其中，鉴相电路是用来采集电压和电流的相位差、实现数字锁相环的，电压电流采样电路、带通滤波电路、鉴相电路、STM32芯片和IGBT驱动电路依次通过信号线连接在一起，显示屏通过另外的信号线与STM32芯片连接在一起；软件程序由STM32芯片执行，STM32芯片的主控程序包括：系统初始化程序、显示屏程序、相位差信息捕获程序以及PWM频率控制输出程...

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统，其特征在于，该跟踪系统由硬件电路和软件程序两部分组成，模糊PI控制技术以软件程序的形式实现，其中：硬件电路包括：电压电流采样电路、带通滤波电路、鉴相电路、STM32芯片、IGBT驱动电路和显示屏，其中，鉴相电路是用来采集电压和电流的相位差、实现数字锁相环的，电压电流采样电路、带通滤波电路、鉴相电路、STM32芯片和IGBT驱动电路依次通过信号线连接在一起，显示屏通过另外的信号线与STM32芯片连接在一起；软件程序由STM32芯片执行，STM32芯片的主控程序包括：系统初始化程序、显示屏程序、相位差信息捕获程序以及PWM频率控制输出程序，PWM频率控制输出程序又包括：PWM输出程序和模糊PI算法程序，其中：在相位差信息捕获程序中，方向信息flag直接送入STM32芯片，经STM32芯片采集处理后输出“1”和“0”两种状态，前者为电压相位超前电流，后者为电压相位滞后电流，数值信息Δθ存在于方波信号中，需要通过对方波信号的占空比进行测量而获得，首先将程序设定为上升沿触发，当进入中断之后，a(t+1)时刻与上次中断a(t)时刻之间的时间间隔即为方波周期T1，然后将程序设定为下降沿，进入中断之后，b(t+1)时刻与上升沿a(t)时刻之差即为高电平时间T2，高电平时间T2除以方波周期T1即为方波信号的占空比，该占空比传给PWM频率控制输出程序处理，经过处理后即可表示Δθ的绝对值的大小；在模糊PI算法程序中，首先获取相位差Δθ并计算出相位差的变化率e(θ)，随后对相位差和相位差变化率进行模糊化处理，再模糊整定出Kp和Ki两个参数的变化值，然后计算并输出新的Kp和Ki，最后对输出信号频率参数进行调节。2.根据权利要求1所述的基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统，其特征在于，所述电压电流采样电路由霍尔电压传感器P1、霍尔电流传感器P2、电压检测电阻R2、电流采样电阻R1和电压采样电阻R3组成，其中：霍尔电压传感器P1的1引脚串联电压检测电阻R2后与换能器的一侧连接，3引脚与换能器的另一侧连接，即霍尔电压传感器P1通过1引脚和3引脚并联在换能器的两侧，2引脚与供电电源相连，4引脚与电压采样电阻R3串联后接地，在采样电阻R3与4引脚之间引出采样电压的输出；霍尔电流传感器P2通过1引脚和3引脚串联在换能器与匹配网络之间，2引脚与供电电源相连，4引脚与电流采样电阻R1串联后接地，在采样电阻R1与4引脚之间引出采样电流的输出。3.根据权利要求1所述的基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统，其特征在于，所述带通滤波电路由两个运放LF444和两个RC滤波网络组成，其中：前面的运放LF444为高通滤波器，后面的运放LF444为低通滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秋霖，李琳，刘海龙，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61