超声波金属焊接频率跟踪仿真控制研究

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1、摘要超声波金属焊接加工方法的应用越来越广泛，正成为一项非常有前景的加工技术。实现高质量、高效率的超声波焊接加工需要高质量的超声焊接电源，而自动频率跟踪功能是高质量超声电源的关键。本课题在仔细分析CJHJ一2000超声波余属焊接机电源的基础上，采用模拟仿真谐振系统的方法，运用计算机测控系统，对超声振动系统进行自动频率跟踪仿真控制研究，旨在开发设计出一种高可靠性、高准确度的自动频率跟踪超声金属焊接加工电源。具体包括：(1)分析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，所获结论是：超声振动系统的谐振幅值可以用电流有效值表达；超声振动系统的谐振状况还可

2、以用电压与电流的相位差大小进行揭示。(2)对实验室现有超声波金属焊接电源特性进行分析，得出该超声电源存在不能可靠跟踪到最大谐振点的不足之处。(3)详细研究了超声电源的自动频率跟踪系统的控制策略，建立了计算机测控系统的硬件电路和软件控制模块。其中硬件系统包括：检测电路、放大滤波电路、信号调理电路、D／A转换电路、单片机系统和正弦波信号发生电路；软件控制模块包括：全程固有频率搜索模块、频率跟踪模块和相位差检测频率跟踪模块。(4)对各个硬件电路进行了实验验证，结果都满足设计要求。(5)模拟谐振系统的单谐振和多谐振状态下，对自动频率跟踪控制系统进行了测试验证，结果表明所设计的自动频率跟踪控制系统能够

3、可靠地、有效地发挥其作用。(6)将自动频率跟踪模块安装到超声波余属焊接机上进行超声电源的频率跟踪性能测试，结果表明所设计的计算机控制系统能满足设计要求。关键词：超声换能器：变幅杆；超声电源；频率跟踪；仿真广东工业大学工学硕士学位论文ABSTRACTWithitsincreasinguseinmanyareasofindustry，theultrasonicmetalweldingprocessisbecomingapromisingtypeofmanufacturingtechnology．High·qualityultrasonicpOwersupplyisnecessaryforreal

4、izinghigh—qualityandhigh‘efficiencyultrasonicmetalwelding，andmoreover，frequencyself-trackingisadecisiVeunittoaexcellentultrasonicpowersupply．BasedonthoroughstudyofCJHJ一2000ultrasonicweldingpowersupply，byapplyingcomputermeasuringandcontroltechn0109y，ultrasonicfrequencyseif-trackingintheresonancesyst

5、emisworkedout．ThepurposeistodeVelopanewtypeofultrasonicpowersupplyinwhichthefrequencyseIf—trackingcontr01iscredibIyandexactIyrea“zed．Workinthepaperareasfo儿ows．(1)Investigatingtheelectricalimpedanceandworkingcharacte“sticoftheultrasonictransducer．Basedontheequivalenttheoryofmechanicsandelectricity，a

6、mplitudeofultrasonicvibrationsystemcanbeobtainedbymeasuringtheelectricaIcurrentvalueintheeauivalentcircuit．Atthesametime，theresonancesituationofultrasonicvibrationsystemcanbeobtainedbymeasuringphasedifferencebetweenV01tageandcurrent．(2)Afterthorou曲analysisofcJHJ一2000theultrasonicmetalweldingpowersu

7、pply，thearticleconcludeschatthepowersupplycan’teffectiVelytrackfrequencyofmaximumresonanceamplitude．(3)OnthebasisofdiscussingafrequencyseIf—trackingcontrolstrategyforultrasOnicpOwersupplyindetails，thehardwa