[发明专利]一种基于模糊PD的频率跟踪搜索方法

说明书

本发明公开了一种基于模糊PD的频率跟踪搜索方法，包括：根据超声换能器两端电压电流的相位差计算当前时刻超声换能器的相位差变化率；根据当前时刻的所述相位差和相位差变化率模糊推理得到频率变化标识符；根据所述频率变化标识符判断变步长级别，并在所述变步长级别内指数化PD参数；根据所述PD参数确定超声换能器下一步步长的变化量，并计算超声换能器下一步的输出频率。本发明采用模糊PD全频域搜索和跟踪，使用者不需要设定初始频率，也不需要了解换能器的谐振频率，即能直接快速搜索到谐振频率。

技术领域

本发明属于超声频率跟踪技术领域，特别是涉及一种基于模糊PD的频率跟踪搜索方法。

背景技术

超声波是指频率大于20kHz的声波，因为超出人的听觉上限，故名超声波。目前，由于超声波可以产生机械效应、空化效应、化学效应及热效应，被广泛应用于清洗、检测、加工、焊接等领域。

当超声换能器工作在谐振状态时，其输出功率最大，阻抗匹配技术和频率跟踪技术成为超声换能器工作于谐振状态的两个关键技术，超声技术正是利用这一原理产生超声波。由于超声换能器负载变化、换能器老化等诸多因素的影响，超声换能器的动态参数或静态参数会发生变化，超声换能器处于失谐状态。因此，为了使超声换能器长期工作于谐振状态，对超声换能器的频率跟踪成为超声研究领域一大热点问题。

胡武林、刘丽晨等人使用PI-DDS算法实现对频率的跟踪，这种跟踪方法速度快，性能好，但跟踪范围较小。李夏林、屈百达等人采用模糊控制算法实现对频率的跟踪，成贵等人采用极大似然估计方法对换能器的参数进行估计，进而实现对频率的跟踪这种跟踪算法由于采样的局限性进而导致参数不准确。夏旭峰、黄秋霖等人提出基于模糊PI的频率跟踪算法，但由于模糊语言清晰化的设计不足，导致了初始频率只能通过快速扫频的方式实现。彭呈祥等人提出的二分法、李长有等人提出的变步长扫频方法虽然解决了扫频问题，但是扫频速度过慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模糊PD的频率跟踪搜索方法，克服现有技术在频率跟踪速度和频率跟踪范围内的不足，打破频率跟踪速度与频率跟踪范围之间的相互制约。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于模糊PD的频率跟踪搜索方法，包括：

根据超声换能器两端电压电流的相位差计算当前时刻超声换能器的相位差变化率；

根据当前时刻的所述相位差和相位差变化率模糊推理得到频率变化标识符；

根据所述频率变化标识符判断变步长级别，并在所述变步长级别内指数化PD参数；

根据所述PD参数确定超声换能器下一步步长的变化量，并计算超声换能器下一步的输出频率。

优选的，所述超声换能器的相位差变化率的计算公式为：

式中，dθ为超声换能器的相位差变化率，θ_n为当前时刻超声换能器两端电压电流的相位差，θ_n-1为前一时刻超声换能器两端电压电流的相位差。

优选的，所述频率变化标识符的获取方法为：根据预设的模糊规则，采用重心法推理得到。

优选的，所述预设的模糊规则为

优选的，所述指数化PD参数包括：计算PD调节的比例系数和PD调节的微分系数。

优选的，所述PD调节的比例系数的计算公式为：

Kp＝(-1)^k×10^|flag-Z|

所述PD调节的微分系数的计算公式为：

Kd＝Kp/200