超声波金属焊接频率跟踪仿真控制研究

摘要

本课题在仔细分析CJHJ-2000超声波金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。 (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。 (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。 (6)将自动频率跟踪模块安装到超声波金属焊接机上进行超声电源的频率跟踪性能测试。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.1.1在铝塑复合管生产中的应用

1.1.2在汽车制造业中的应用

1.1.3在手机制造业应用

1.1.4太阳能热水器导热管的焊接

1.2功率超声波焊接设备的发展与现状

1.2.1功率超声换能器和变幅杆的发展概况

1.2.2功率超声波电源的研究现状

1.2.3常见超声电源频率自动跟踪控制方式

1.3本文课题来源和研究的主要工作

第二章超声振动系统工作原理与分析

2.1超声振动系统的结构与特征

2.2压电换能器的电阻抗特性

2.3选择电流作为反馈控制量的理论依据

2.4选择相位差控制的理论基础

2.5本章小结

第三章超声电源主体电路

3.1超声电源主体构成

3.2逆变器功率开关器件

3.3驱动与保护

3.4自动频率跟踪系统

3.5本章小结

第四章自动频率跟踪控制系统的设计

4.1自动频率跟踪控制策略

4.1.1信号采样

4.1.2几种典型的频率跟踪系统

4.1.3电流与相位差检测比较式频率跟踪控制系统

4.2频率跟踪控制系统总体设计

4.3控制系统的实现电路

4.3.1检测电路

4.3.2测量放大电路

4.3.3滤波电路

4.3.4调理电路

4.3.5信号发生器的实现电路

4.4频率自动跟踪软件的设计

4.4.1全程频率搜索模块

4.4.2频率自动跟踪模块

4.4.3相位检测频率跟踪模块

4.5本章小结

第五章超声振动系统模拟仿真实验

5.1单片机系统集成

5.2测控系统输入输出通道的性能测试

5.2.1正弦波信号发生器实验

5.2.2频率—电压转换电路实验

5.2.3相位差转换电路实验

5.2.4电流有效值形成电路实验

5.3自动频率跟踪控制系统工作性能测试

5.3.1单谐振点换能器模拟仿真测试

5.3.2多谐振点换能器模拟仿真测试

5.4超声振动系统固有频率测试实验

5.5超声电源频率跟踪性能测试

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

独创性声明

致谢

附录