[发明专利]一种基于自学习式超声波蔬菜瓜果清洗机的控制方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，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

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。本发明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U_K和流经换能器的电流I_K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。

本发明使用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I_K(K∈[0,9])，以及加在换能器两端的电压信号U_K，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。

本发明首先通过AD采集电路得到经过换能器的电流I_K和加在换能器两端的电压信号U_K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：

W_K＝P_K/P₀ (1)

换能器的输出功率P_K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≈UV^T，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