基于dsp的大功率超声电源的研究

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1、摘要摘要在声学领域中，功率超声技术发展最为迅速、应用最为广泛。近年来，随着电子技术和材料科学的飞速发展，大功率超声技术在超声冲击、超声焊接、超声加工等方面的应用越来越广。超声应用要求的不断提高，反过来又促进了对功率超声机理和超声电源研究的不断深入。在超声电源的研究中，实现频率跟踪控制和振幅恒定控制是两个关键技术。传统的超声电源控制部分由于使用的是模拟器件，其自身的特性决定了控制电路的精度差、自我调整能力弱、温度稳定性以及抗干扰性能低，所以需要有更好的设计以满足超声电源的应用要求。数字化电源控制灵活、易于

2、实现柔性化，可以达到更高的稳定性和控制精度，接口兼容性良好。为了很好地解决模拟电源实时性较差和不可回调的缺点，本文以数字信号处理器（DSP）为控制核心研制了一套性能优越的新一代智能化大功率超声电源。文中首先分析了超声换能器的等效电路特性，根据机械与电的等效理论，用二端口网络等效法分析超声换能器的特性，给出了系统控制方式的理论依据，确立了超声电源总体设计方案。其次建立了超声电源主电路，其中包括：整流、直流斩波、全桥逆变器和匹配网络等部分，实现了频率和功率均可调的大功率超声频交流电的输出。再次设计了控制系统

3、的硬件电路，包括DSP的最小系统电路，主要外围电路，建立了一个可靠的控制系统硬件工作环境。最后根据超声电源的工作特点编写控制系统软件程序，主要编写了频率跟踪控制程序，振幅恒定控制程序，参数显示程序，具体实现了控制思想。实验结果表明本文研制的基于DSP的大功率超声电源可以使系统工作在谐振状态，振动过程稳定，所设计的软硬件系统基本实现了预期功能。关键词：超声电源，数字信号处理器，频率跟踪，恒幅控制IIAbstractAbstractInthefieldofacoustics,thehigh-powerult

4、rasonictechnologyisfastestdevelopedandwidestapplied.Especiallyinrecentyears,withthedevelopmentoftheelectronictechnologyandthematerialscience,theapplicationofhigh-powerultrasonictechnologyismoreandmorewiderinultrasonicpeening,ultrasonicwelding,ultrasonicc

5、rushing,etc.Thisinreversehaspromotedthestudyontheultrasonicprincipleandultrasonicpowersupply.Inthestudyofultrasonicpowersupply,frequencyauto-tracingcontrolandconstantoutputspecificpowercontrolaretwoimportantsubjectsforresearch.Duetothecharacteristicsofth

6、eanalogparts,thecontrolcircuithaslowdegreeofaccuracyandweakself-adjustingcapability.Thetemperaturestabilityandanti-jammingcapacityarenotgoodenough.Andabetterdesignisrequiredtomeettheneedsofultrasonicpowersupply.Digitalpowersupplycanachieveflexiblecontrol

7、,highstabilityandprecisionandfineinterfacecompatibility.Inordertosolvetheproblemofreal-timecontrolandbackadjustmentoftheanalogpower,inthispaper,anewtypeofintelligenthigh-powerultrasonicpowersupplywhosecontrolsystemisbasedonDigitalSignalProcessor(DSP)hasb

8、eendeveloped.Thearticlefirstlyanalysestheelectricalimpedanceandworkingcharacteristicsofultrasonicvibrationsystem.Basedontheequivalenttheoryofmechanicsandelectricity,theoperationalprincipleofcontrolsystemshasbeenproposed.Th