本發(fā)明涉及超聲波電源，尤其涉及一種超聲波電源諧振頻率跟蹤方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、超聲波電源廣泛應(yīng)用于超聲波清洗、焊接加工、切割等領(lǐng)域?，F(xiàn)有的超聲波系統(tǒng)主要由超聲波電源、換能器、變幅桿、焊頭等組成。超聲波電源的作用是將電能轉(zhuǎn)換成與超聲波換能器匹配的高頻交流信號，而換能器則是將超音頻的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動的器件。然而，由于換能器隨著工作過程中的溫度變化、振動幅度變化，以及負(fù)載大小，其頻率特性會發(fā)生微小變化，從而導(dǎo)致中心頻率發(fā)生變化，換能器的工作效率降低，甚至?xí)p壞換能器元件。這就要求超聲波電源能自動檢測并跟蹤上述中心頻率，同時(shí)快速調(diào)整輸出頻率，使電源的工作頻率能夠與換能器的諧振頻率匹配。

2、目前，常采用串聯(lián)或者并聯(lián)電抗電容器實(shí)現(xiàn)超聲波電源與換能器及其工具頭的頻率匹配，然后檢測整個(gè)電源的輸出電壓與電流，通過電壓電流相位鎖定實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤，再對跟蹤結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，對電源輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是，在出現(xiàn)偏差較大時(shí)，難以對偏差風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)致仍處于在固定時(shí)間內(nèi)對進(jìn)行偏差數(shù)據(jù)收集，在調(diào)整效果不滿足對頻率調(diào)節(jié)偏差的調(diào)整時(shí)，出現(xiàn)調(diào)整效果差，調(diào)整效率低下的情況。

3、因此我們對此做出改進(jìn)，提出一種超聲波電源諧振頻率跟蹤方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：在檢測到電源諧振頻率偏差，生成調(diào)節(jié)控制信號后，對偏差風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行計(jì)算，劃分風(fēng)險(xiǎn)等級，加強(qiáng)對電源諧振頻率偏差的監(jiān)測，使得增強(qiáng)調(diào)整效果，提高調(diào)整效率。

2、(二)技術(shù)方案

3、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種超聲波電源諧振頻率跟蹤系統(tǒng)，包括：

4、頻率監(jiān)測模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測超聲波換能器的諧振頻率；

5、比較模塊，用于將檢測到的實(shí)時(shí)頻率與目標(biāo)頻率進(jìn)行比較；

6、控制模塊，用于生成控制信號，調(diào)整電源輸出的頻率；

7、驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動電源輸出功率控制，跟蹤諧振頻率；

8、顯示模塊，用于顯示跟蹤過程、調(diào)整過程，調(diào)整結(jié)果。

9、優(yōu)選的，所述頻率監(jiān)測模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、式中定時(shí)單元、信號調(diào)理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、頻率計(jì)算單元以及結(jié)果輸出單元，所述數(shù)據(jù)采集單元和式中定時(shí)單元均通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與信號調(diào)理單元相連，用于定時(shí)對電源諧振信號進(jìn)行采集，并上傳至信號調(diào)理單元中對采集的信號進(jìn)行過濾、放大、除雜，所述信號調(diào)理單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元相連，用于將預(yù)處理的信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與頻率計(jì)算單元相連，用于將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的數(shù)據(jù)進(jìn)行電源頻率計(jì)算，所述頻率計(jì)算單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與結(jié)果輸出單元相連，用于將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行輸出。

10、優(yōu)選的，所述比較模塊包括數(shù)據(jù)接收單元、差值計(jì)算單元、誤差分析單元、結(jié)果比較單元以及風(fēng)險(xiǎn)評估單元，所述數(shù)據(jù)接收單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與差值計(jì)算單元相連，用于對頻率計(jì)算結(jié)果與目標(biāo)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，所述差值計(jì)算單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與誤差分析單元相連，用于根據(jù)差值大小，對誤差原因進(jìn)行分析，所述誤差分析單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與結(jié)果比較單元相連，用于根據(jù)誤差原因分析，對電源諧振頻率進(jìn)行對應(yīng)數(shù)據(jù)采集，并將采集結(jié)果與誤差分析原因進(jìn)行對比，所述結(jié)果比較單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與風(fēng)險(xiǎn)評估單元相連，用于對根據(jù)比較結(jié)果，對電源諧振頻率異常進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，生成風(fēng)險(xiǎn)等級，控制采集電源諧振頻率的時(shí)間間隔。

11、優(yōu)選的，所述控制模塊包括邏輯判斷單元、參數(shù)調(diào)節(jié)單元、指令生成單元、信號調(diào)節(jié)單元以及反饋接收單元，所述邏輯判斷單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與參數(shù)調(diào)節(jié)單元相連，用于根據(jù)設(shè)定的規(guī)則和條件，進(jìn)行邏輯判斷和決策，所述參數(shù)調(diào)節(jié)單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與指令生成單元相連，用于根據(jù)邏輯判斷和決策，生成控制指令，所述頻率計(jì)算單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與信號調(diào)節(jié)單元相連，用于對控制指令進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)和處理，使其適合顯示模塊的輸入要求，所述信號調(diào)節(jié)單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與反饋接收單元相連，用于將就控制后的效果反饋至比較模塊，新城閉環(huán)控制，提高控制精度和穩(wěn)定性。

12、優(yōu)選的，所述驅(qū)動模塊包括信號放大單元、功率輸出單元、脈沖調(diào)制單元、信號整形單元以及穩(wěn)壓輸出單元，所述信號放大單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與功率輸出單元相連，用戶將控制模塊輸出的信號進(jìn)行放大，提供足夠的驅(qū)動能力，所述功率輸出單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與脈沖調(diào)制單元相連，用于將信號轉(zhuǎn)換為脈沖形式，所述脈沖調(diào)制單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與信號整形單元相連，用于對脈沖信號進(jìn)行整形輸出，所述信號整形單元通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與穩(wěn)壓輸出單元相連，用于將整形后的脈沖信號發(fā)送至超聲換能器，驅(qū)動超聲換能器工作。

13、一種超聲波電源諧振頻率跟蹤方法，應(yīng)用于上述中任一項(xiàng)所述的一種超聲波電源諧振頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括一下步驟：

14、s1、頻率監(jiān)測模塊頻率監(jiān)測模塊通過傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測超聲波電源換能器的諧振頻率，將諧振頻率轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并優(yōu)化；

15、s2、比較模塊比較模塊將檢測到的實(shí)時(shí)頻率數(shù)據(jù)與設(shè)的目標(biāo)頻率進(jìn)行比較，計(jì)算頻率偏差，評估偏差風(fēng)險(xiǎn)；

16、s3、控制模塊控制模塊通過頻率偏差信息，生成對應(yīng)的控制信號，以調(diào)整電源輸出的頻率；

17、s4、驅(qū)動模塊接收到控制信號，并驅(qū)動電源的功率輸出部分，使得輸出頻率發(fā)生變化，以跟蹤諧振頻率；

18、s5、顯示模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的諧振頻率、跟蹤狀態(tài)以及功率調(diào)節(jié)情況，使得工作人員實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行情況。

19、(三)有益效果

20、本發(fā)明所提供的一種超聲波電源諧振頻率跟蹤方法及系統(tǒng)，其有益效果是：

21、通過比較模塊對電源諧振頻率進(jìn)行誤差計(jì)算，并對誤差原因進(jìn)行分析，對分析結(jié)果進(jìn)行比較，并對誤差風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行評估，劃分評估等級，控制頻率監(jiān)測模塊內(nèi)的式中定時(shí)單元定時(shí)采集電源諧振頻率的時(shí)間間隔，使得在誤差大、風(fēng)險(xiǎn)等級高時(shí)，能夠增加對電源諧振頻率的采集次數(shù)和縮短采集時(shí)間間隔，以此提高控制模塊的控制精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性，使得增強(qiáng)調(diào)整效果，提高調(diào)整效率。

技術(shù)特征：

1.一種超聲波電源諧振頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波電源諧振頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率監(jiān)測模塊(1)包括數(shù)據(jù)采集單元(6)、式中定時(shí)單元(7)、信號調(diào)理單元(8)、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(9)、頻率計(jì)算單元(10)以及結(jié)果輸出單元(11)，所述數(shù)據(jù)采集單元(6)和式中定時(shí)單元(7)均通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與信號調(diào)理單元(8)相連，用于定時(shí)對電源諧振信號進(jìn)行采集，并上傳至信號調(diào)理單元(8)中對采集的信號進(jìn)行過濾、放大、除雜，所述信號調(diào)理單元(8)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(9)相連，用于將預(yù)處理的信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(9)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與頻率計(jì)算單元(10)相連，用于將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的數(shù)據(jù)進(jìn)行電源頻率計(jì)算，所述頻率計(jì)算單元(10)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與結(jié)果輸出單元(11)相連，用于將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行輸出。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波電源諧振頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述比較模塊(2)包括數(shù)據(jù)接收單元(12)、差值計(jì)算單元(13)、誤差分析單元(14)、結(jié)果比較單元(15)以及風(fēng)險(xiǎn)評估單元(16)，所述數(shù)據(jù)接收單元(12)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與差值計(jì)算單元(13)相連，用于對頻率計(jì)算結(jié)果與目標(biāo)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，所述差值計(jì)算單元(13)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與誤差分析單元(14)相連，用于根據(jù)差值大小，對誤差原因進(jìn)行分析，所述誤差分析單元(14)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與結(jié)果比較單元(15)相連，用于根據(jù)誤差原因分析，對電源諧振頻率進(jìn)行對應(yīng)數(shù)據(jù)采集，并將采集結(jié)果與誤差分析原因進(jìn)行對比，所述結(jié)果比較單元(15)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與風(fēng)險(xiǎn)評估單元(16)相連，用于對根據(jù)比較結(jié)果，對電源諧振頻率異常進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，生成風(fēng)險(xiǎn)等級，控制采集電源諧振頻率的時(shí)間間隔。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波電源諧振頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊(3)包括邏輯判斷單元(17)、參數(shù)調(diào)節(jié)單元(18)、指令生成單元(19)、信號調(diào)節(jié)單元(20)以及反饋接收單元(21)，所述邏輯判斷單元(17)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與參數(shù)調(diào)節(jié)單元(18)相連，用于根據(jù)設(shè)定的規(guī)則和條件，進(jìn)行邏輯判斷和決策，所述參數(shù)調(diào)節(jié)單元(18)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與指令生成單元(19)相連，用于根據(jù)邏輯判斷和決策，生成控制指令，所述頻率計(jì)算單元(10)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與信號調(diào)節(jié)單元(20)相連，用于對控制指令進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)和處理，使其適合顯示模塊(5)的輸入要求，所述信號調(diào)節(jié)單元(20)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與反饋接收單元(21)相連，用于將就控制后的效果反饋至比較模塊(2)，新城閉環(huán)控制，提高控制精度和穩(wěn)定性。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波電源諧振頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動模塊(4)包括信號放大單元(22)、功率輸出單元(23)、脈沖調(diào)制單元(24)、信號整形單元(25)以及穩(wěn)壓輸出單元(26)，所述信號放大單元(22)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與功率輸出單元(23)相連，用戶將控制模塊(3)輸出的信號進(jìn)行放大，提供足夠的驅(qū)動能力，所述功率輸出單元(23)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與脈沖調(diào)制單元(24)相連，用于將信號轉(zhuǎn)換為脈沖形式，所述脈沖調(diào)制單元(24)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與信號整形單元(25)相連，用于對脈沖信號進(jìn)行整形輸出，所述信號整形單元(25)通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與穩(wěn)壓輸出單元(26)相連，用于將整形后的脈沖信號發(fā)送至超聲換能器，驅(qū)動超聲換能器工作。

6.一種超聲波電源諧振頻率跟蹤方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的一種超聲波電源諧振頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括一下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及超聲波電源技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種超聲波電源諧振頻率跟蹤方法及系統(tǒng)，包括頻率監(jiān)測模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測超聲波換能器的諧振頻率；比較模塊，用于將檢測到的實(shí)時(shí)頻率與目標(biāo)頻率進(jìn)行比較；控制模塊，用于生成控制信號，調(diào)整電源輸出的頻率；驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動電源輸出功率控制，跟蹤諧振頻率；顯示模塊，用于顯示跟蹤過程、調(diào)整過程，調(diào)整結(jié)果。通過比較模塊對電源諧振頻率進(jìn)行誤差計(jì)算，控制頻率監(jiān)測模塊內(nèi)的式中定時(shí)單元定時(shí)采集電源諧振頻率的時(shí)間間隔，使得在誤差大、風(fēng)險(xiǎn)等級高時(shí)，能夠增加對電源諧振頻率的采集次數(shù)和縮短采集時(shí)間間隔，以此提高控制模塊的控制精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性，使得增強(qiáng)調(diào)整效果，提高調(diào)整效率。

技術(shù)研發(fā)人員：陶忠保,許光榮,祝曉梅,許榮華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：銅陵東力機(jī)電科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10