一种用于超声电源的制造技术

本发明专利技术属于超声电源阻抗匹配技术领域，公开了一种用于超声电源的

【技术实现步骤摘要】
一种用于超声电源的T型动态匹配网络及其匹配方法


[0001]本专利技术属于超声电源阻抗匹配
，尤其涉及一种用于超声电源的
T
型动态匹配网络及其匹配方法
。

技术介绍

[0002]高温合金
、
高强钢
、
陶瓷材料等材料具有硬度高
、
强度高
、
耐腐蚀等优点，因此这些材料被广泛地应用于机械
、
国防
、
航空等各种领域
。
但也正因为材料自身的特性，在加工时会损害原材料的价值，不能完全发挥其最大效益
。
而超声加工技术可以降低切削与加工带来的损伤，从而减少刀具的磨损，并且能够提升加工质量与效率
。
[0003]换能器是超声系统的核心元件，是能量转换的关键，其特性决定了超声加工的整体性能
。
由于压电换能器处于谐振时对外呈现为容性器件，如果将其直接与超声发生器相连，就会出现相当大的无功功率，这样不仅降低了压电换能器的输出功率，还会影响到发生器的安全工作
。
[0004]因此，为了提高压电换能器的输出功率和能量转换效率，需要在超声发生器与压电换能器之间加载匹配网络，实现调谐与变阻两个功能，从而使换能器对外呈纯阻性，使无功功率降为零；并且使换能器的阻抗等于超声发生器的内阻，实现电功率最佳传输
。
[0005]现有技术存在的问题及缺陷为：
[0006](1)
现有的动态阻抗匹配方法主要采用如遗传算法
、
神经网络算法
、
模糊控制等智能算法，虽然在理论上可以在处理复杂的阻抗匹配问题时获得良好的匹配效果，但是建模复杂
、
所需迭代时间较长，并且需要占用大量的资源
。
而
Q
值法只需确定源阻抗和负载阻抗的范围就可以快速设计出整个匹配网络，虽然设计简单，匹配速度较快，占用资源较少，但是计算出的匹配元件参数值往往存在较大的波动，导致匹配效果不如仿真的情况
。(2)
现有的
T
型动态匹配网络中的可调器件是通过继电器开关控制的数字电感
、
电容，虽然操作易行，成本较低，但是这种调节方式是有级调节，调节精度不高，而且会有谐波生成
。
[0007]综上所述，现有技术存在的问题及缺陷为：采用遗传算法
、
神经网络算法
、
模糊控制的动态阻抗匹配方法，需要复杂的建模
、
较长的迭代时间以及占用大量的资源；而采用
Q
值法的动态阻抗方法计算出的匹配元件值存在着较大的波动，导致匹配效果不如仿真的情况
。
而且采用继电器控制的数字电感
、
电容是一种有级调节，调节精度不高，并且会有谐波的生成
。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于超声电源的
T
型动态匹配网络及其匹配方法
。
[0009]本专利技术是这样实现的，一种用于超声电源的
T
型动态匹配方法，在
T
型匹配网络两端和换能器两端分别设置电压
、
电流采样电路，获取各自的电压
、
电流信号，进而得到相应参数；如果
T
型匹配网络两端的相位差大于预设值，就会将系统频率设置在当前工作频率周
围，并多次改变，得到拟合所需的数据，通过数据拟合方法，得到换能器等效参数，通过这些参数计算出换能器串联谐振频率和
T
型匹配网络中匹配元件的参数
。
[0010]进一步，所述方法包括如下步骤：
[0011]S101
：通过在
T
型匹配网络两端和换能器两端分别设置电压
、
电流采样电路，获取各自的电压
、
电流信号；
[0012]S102
：通过信号分析电路和微机得到
T
型匹配网络两端的阻抗角阻抗模
|Z|
和当前频率
f、
角频率
w
；
[0013]S103
：如果得到的
T
型匹配两端的电压
、
电流相位差未超过设定的预设值，则完成匹配；
[0014]S104
：如果超过预设值，则将系统频率设置在当前工作频率周围，并多次改变，得到相应频率下换能器两端的阻抗角阻抗模
|Z|
和当前频率
f、
角频率
w
；：
[0015]S105
：下位机将得到的多组阻抗角阻抗模
|Z|
和当前频率
f、
角频率
w
传输到上位机内进行数据拟合，并将拟合得到的换能器等效参数
——
即静态电容
C0、
动态电阻
R
m
、
动态电感
L
m
、
动态电容
C
m
的值传输回下位机内；
[0016]S106
：在下位机内先计算换能器的串联谐振频率
f
s
，并与当前工作频率进行对比，判断是否相同
。
如果相同进行下一步，不同则要先通过微机改变工作频率；
[0017]S107
：然后计算出
T
型匹配电感
L1、L2和匹配电容
C1的值，并于当前
T
型匹配元件参数值进行对比，得到所需的调节量，并由此生成驱动信号；
[0018]S108
：完成匹配，并继续对
T
型匹配两端进行采样，判断其相位差是否超过预设值
。
[0019]进一步，数据拟合方法包括如下步骤：
[0020]S201
：将系统频率设置在当前工作频率周围，并多次改变，得到相应频率下换能器两端的阻抗角阻抗模
|Z|
和当前频率
f、
角频率
w
；
[0021]S202
：下位机将多组阻抗角阻抗模
|Z|
和当前频率
f、
角频率
w
传输到上位机；
[0022]S203
：上位机内将多组换能器等效参数猜测值
——
即静态电容
C0、
动态电阻
R
m
、
动态电感
L
m
、
动态电容
C
m
的猜测值代入关系式中进行拟合，得到换能器等效阻抗实部的拟合值和换能器等效阻抗虚部的拟合值，其关系式如下所示：
[0023][0024][0025]其中：
R(w本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于超声电源的
T
型动态匹配方法，其特征在于，在
T
型匹配网络两端和换能器两端分别设置电压
、
电流采样电路，获取各自的电压
、
电流信号，进而得到相应参数；如果
T
型匹配网络两端的相位差大于预设值，就会将系统频率设置在当前工作频率周围，并多次改变，得到拟合所需的数据，通过数据拟合方法，得到换能器等效参数，通过这些参数计算出换能器串联谐振频率和
T
型匹配网络中匹配元件的参数
。2.
如权利要求1所述的用于超声电源的
T
型动态匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101
：通过在
T
型匹配网络两端和换能器两端分别设置电压
、
电流采样电路，获取各自的电压
、
电流信号；
S102
：通过信号分析电路和微机得到
T
型匹配网络两端的阻抗角阻抗模
|Z|
和当前频率
f、
角频率
w
；
S103
：如果得到的
T
型匹配两端的电压
、
电流相位差未超过设定的预设值，则完成匹配；
S104
：如果超过预设值，则将系统频率设置在当前工作频率周围，并多次改变，得到相应频率下换能器两端的阻抗角阻抗模
|Z|
和当前频率
f、
角频率
w
；
S105
：下位机将得到的多组阻抗角阻抗模
|Z|
和当前频率
f、
角频率
w
传输到上位机内进行数据拟合，并将拟合得到的换能器等效参数
——
即静态电容
C0、
动态电阻
R
m
、
动态电感
L
m
、
动态电容
C
m
的值传输回下位机内；
S106
：在下位机内先计算换能器的串联谐振频率
f
s
，并与当前工作频率进行对比，判断是否相同；如果相同进行下一步，不同则要先通过微机改变工作频率；
S107
：然后计算出
T
型匹配电感
L1、L2和匹配电容
C1的值，并于当前
T
型匹配元件参数值进行对比，得到所需的调节量，并由此生成驱动信号；
S108
：完成匹配，并继续对
T
型匹配两端进行采样，判断其相位差是否超过预设值
。3.
如权利要求2所述的用于超声电源的
T
型动态匹配方法，其特征在于，数据拟合方法包括如下步骤：
S201
：将系统频率设置在当前工作频率周围，并多次改变，得到相应频率下换能器两端的阻抗角阻抗模
|Z|
和当前频率
f、
角频率
w
；
S202
：下位机将多组阻抗角阻抗模
|Z|
和当前频率
f、
角频率
w
传输到上位机；
S203
：上位机内将多组换能器等效参数猜测值
——
即静态电容
C0、
动态电阻
R
m
、
动态电感
L
m
、
动态电容
C
m
的猜测值代入关系式中进行拟合，得到换能器等效阻抗实部的拟合值和换能器等效阻抗虚部的拟合值，其关系式如下所示：能器等效阻抗虚部的拟合值，其关系式如下所示：其中：
R(w)
为换能器等效阻抗实部的拟合值；
X(w)
为换能器等效阻抗虚部的拟合值；
S204
：上位机内将换能器等效阻抗模
|Z|
与换能器等效阻抗角代入关系式，计算换能
器等效阻抗实部与换能器等效阻抗虚部的实际值，其关系式如下所示：器等效阻抗实部与换能器等效阻抗虚部的实际值，其关系式如下所示：其中，
R
...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪跃波，杨宇恒，蒙晨琛，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：