一种基于自学习式超声波蔬菜瓜果清洗机的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自学习式超声波蔬菜瓜果清洗机的控制方法。本发明专利技术通过采集每个换能器端工作电流和超声电源的输出电流，然后对取样电压通过自学习式算法得到最优换能器输出频率，最后通过控制PWM的输出占空比使得换能器的工作效率最高。通过本发明专利技术可以得到换能器最优的输出功率，而且可以防止硬件的老化、发热、负载变化等原因带来的使清洗机工作不稳定的因素。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自学习式超声波蔬菜瓜果清洗机的控制方法
本专利技术属于自动控制
，涉及一种基于自学习式超声波蔬菜瓜果清洗机的控制方法
技术介绍
超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。在超声波加工的过程中，超声波换能器的谐振频率有可能会由于发热、负载变化、老化等原因而发生变化。假如超声波电源的工作频率不随着改变，换能器将会工作在失谐状态，这样就会使清洗效率降低。现有的技术是设计超声波电源时，需要本身具有自动调节频率的性能，即所谓的频率自动跟踪。通常情况下，从换能器的输出端采样其电压和电流信号，此电压和电流信号具有换能器谐振特征信号。由反馈信号自动地调节超声波电源的输出频率，使其输出频率随着换能器的谐振频率的变化而变化，以此来保持换能器始终工作在谐振频率点，此时工作效率最高。
技术实现思路
本专利技术针对现有的超声波换能器由于发热、负载变化、老化等原因而引起的工作频率变化，使清洗效率降低的问题，利用自学式的算法得到最优的超声波换能器的最优输出频率，使换能器能够高效稳定的工作。本专利技术通过采集每个换能器端工作电流和超声电源的输出电流，考虑超声波电源的功率和功率因素，然后对取样电压通过自学习式算法得到最优换能器输出频率，最后通过控制4组PWM的输出占空比使得换能器的工作效率最高。本专利技术对硬件精度要求比较低，能够解决因为硬件发热、老化等原因产生的影响，且降低了成本。在使用超声波清洗机时，通常都要保障机器的输出功率要稳定，就是要保障换能器的工作频率不变，所以就要求超声清洗机具有频率调节能力。换能器具有静电抗，在工作时，换能器上的电压UK和流经换能器的电流IK间有一个角度其输出功率大小为换能器工作在谐振状态时，加在换能器两端的电压信号和流过换能器的电流信号是同相的，即情况下。本专利技术使用10个换能器，检测在正常工作条件下流经每个换能器的电流，记作IK(K∈[0,9])，以及加在换能器两端的电压信号UK，得到换能器的输出功率总功率P0通过电路采集计算得知。UCC3895芯片通过调节其输出端移相角的大小，改变输出信号的占空比，达到控制负载上输出功率的目的。本专利技术首先通过AD采集电路得到经过换能器的电流IK和加在换能器两端的电压信号UK与相位差以及用高精度功率计量芯片得到总功率P0。通过功率公式得到每个换能器的工作功率，所以每个换能器的实际输出占总功率情况为：WK＝PK/P0(1)换能器的输出功率PK是通过PWM波占空比控制得到的，所以模型可以表示成m个PWM波占空比对应n个换能器输出频率。其中A(i,j)表示第i种PWM波占空比对应第j个换能器输出频率。A可以用两个小矩阵U(m×c)和V(n×c)的乘积来近似：A≈UVT，c<<m,n。A(m×n)＝U(m×c)×V(n×c)T(2)矩阵分解模型的损失函数为其中λ是Tanimoto系数。这里执行步骤：1、先随机生成一个U(0)，即PWM值，一般可以取全局均值或者经验值。2、固定U(0)(即认为U(0)是已知常数)，来求解V(0)。此时损失函数为：用最小二乘法求解Vj的最优解，固定j(j＝1,2,……,n)，则令得到：即：按照上式一次计算v1，v2，……，vn，从而得到V(0)。3、固定V(0)来求解U(1)，与2中类似的方法。4、循环执行2、3，直到损失函数C的值收敛。这样就得到C最优解对应的矩阵U、V。也就得到了对应于不同换能器输出频率的PWM波占空比之间的关系。然后通过WK和换能器的标定输出频率得到最优的PWM波占空比。最后使用当前PWM波占空比执行重采样丢弃显着偏离换能器标定输出功率的PWM波占空比。本专利技术的有益效果：随着时间的推移，通过本专利技术可以得到换能器最优的输出功率，而且可以防止硬件的老化、发热、负载变化等原因带来的使清洗机工作不稳定的因素。具体实施方式以下将对本专利技术作进一步说明：本专利技术通过采集每个换能器端工作电流和超声电源的输出电流，考虑超声波电源的功率和功率因素，然后对取样电压通过自学习式算法得到最优换能器输出频率，最后通过控制4组PWM的输出占空比使得换能器的工作效率最高。本专利技术对硬件精度要求比较低，能够解决因为硬件发热、老化等原因产生的影响，且降低了成本。在使用超声波清洗机时，通常都要保障机器的输出功率要稳定，就是要保障换能器的工作频率不变，所以就要求超声清洗机具有频率调节能力。换能器具有静电抗，在工作时，换能器上的电压UK和流经换能器的电流IK间有一个角度其输出功率大小为换能器工作在谐振状态时，加在换能器两端的电压信号和流过换能器的电流信号是同相的，即情况下。本专利技术使用10个换能器，检测在正常工作条件下流经每个换能器的电流，记作IK(K∈[0,9])，以及加在换能器两端的电压信号UK，得到换能器的输出功率总功率P0通过电路采集计算得知。UCC3895芯片通过调节其输出端移相角的大小，改变输出信号的占空比，达到控制负载上输出功率的目的。本专利技术首先通过AD采集电路得到经过换能器的电流IK和加在换能器两端的电压信号UK与相位差以及用高精度功率计量芯片得到总功率P0。通过功率公式得到每个换能器的工作功率，所以每个换能器的实际输出占总功率情况为：WK＝PK/P0(4)换能器的输出功率PK是通过PWM波占空比控制得到的，所以模型可以表示成m个PWM波占空比对应n个换能器输出频率。其中A(i,j)表示第i种PWM波占空比对应第j个换能器输出频率。A可以用两个小矩阵U(m×c)和V(n×c)的乘积来近似：A≈UVT，c<<m,n。A(m×n)＝U(m×c)×V(n×c)T(5)矩阵分解模型的损失函数为其中λ是Tanimoto系数。这里执行步骤：1、先随机生成一个U(0)，即PWM值，一般可以取全局均值或者经验值。2、固定U(0)(即认为U(0)是已知常数)，来求解V(0)。此时损失函数为：用最小二乘法求解Vj的最优解，固定j(j＝1,2,……,n)，则令得到：即：按照上式一次计算v1，v2，……，vn，从而得到V(0)。3、固定V(0)来求解U(1)，与2中类似的方法。4、循环执行2、3，直到损失函数C的值收敛。这样就得到C最优解对应的矩阵U、V。也就得到了对应于不同换能器输出频率的PWM波占空比之间的关系。然后通过WK和换能器的标定输出频率得到最优的PWM波占空比。最后使用当前PWM波占空比执行重采样丢弃显着偏离换能器标定输出功率的PWM波占空比。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自学习式超声波蔬菜瓜果清洗机的控制方法，通过采集每个换能器端工作电流和超声电源的输出电流，然后对取样电压通过自学习式算法得到最优换能器输出频率，最后通过控制PWM的输出占空比使得换能器的工作效率最高，其特征在于：首先通过AD采集电路得到经过换能器的电流IK和加在换能器两端的电压信号UK与相位差

【技术特征摘要】
1.一种基于自学习式超声波蔬菜瓜果清洗机的控制方法，通过采集每个换能器端工作电流和超声电源的输出电流，然后对取样电压通过自学习式算法得到最优换能器输出频率，最后通过控制PWM的输出占空比使得换能器的工作效率最高，其特征在于：首先通过AD采集电路得到经过换能器的电流IK和加在换能器两端的电压信号UK与相位差以及用功率计量芯片得到总功率P0；通过功率公式得到每个换能器的工作功率，每个换能器的实际输出占总功率情况为：WK＝PK/P0(1)换能器的输出功率PK是通过PWM波占空比控制得到的，将自学习式算法中的模型表示成m个PWM波占空比对应n个换能器输出频率；用A(i，j)表示第i种PWM波占空比对应第j个换能器输出频率；A用m×c矩阵U和n×c矩阵V的乘积来近似：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保红，陈张平，赵恒源，徐刚，王丹妮，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33