[发明专利]一种铸造用超声电源系统及谐振工作点自动跟踪方法

摘要

本发明公开了铝合金铸造过程中的超声电源系统及谐振工作点自动跟踪方法，包括电压变换与调节单元、单相全桥逆变单元、高频变压器、调谐匹配单元、超声换能器、驱动电路，电压检测单元、电流检测单元、触摸屏控制面板、通信接口以及控制单元和辅助电源；电压变换与调节单元用于逆变电压的调节，从而实现超声换能器输出功率的调节；调谐匹配单元用于对超声换能器进行实时调谐作用；控制单元接收电压、电流信号，根据内置的谐振工作点自动跟踪算法控制电压变换与调节单元、调谐匹配单元以及逆变单元的驱动频率，保证超声换能器始终工作在谐振点。本发明的超声电源系统在铝合金铸造过程中跟踪谐振频率速度快、跟踪范围宽，稳定性高。

主权项

一种铸造用超声电源控制系统的谐振工作点自动跟踪方法，其特征在于，所述超声电源控制系统包括电压变换与调节单元、单相全桥逆变单元、高频变压器、调谐匹配单元、超声换能器、驱动电路，电压检测单元、电流检测单元、触摸屏控制面板以及控制单元；其中，电压变换与调节单元输出端连接到单相全桥逆变单元，接收来自控制单元的PWM给定信号，实现电压的调节；单相全桥逆变单元，用于接收高频PWM驱动信号，实现功率放大，其输出端连接至高频变压器；高频变压器，用于将超声功率信号传递到超声换能器侧，连接单相全桥逆变单元与调谐匹配单元；调谐匹配单元，接收来自控制单元的给定信号，输出端与超声换能器连接，实现对超声换能器的实时调谐匹配；驱动电路，用于将控制模块发送的PWM信号转换为单相全桥逆变单元功率管的驱动信号；电压检测单元、电流检测单元，用于采集超声换能器两端的电压和流经超声换能器的工作电流，并传送至控制单元；触摸屏控制面板，与控制器相连，用于实时显示检测到的数据以及超声换能器的工作频率、输出功率、电压与电流相位差大小，并用于输入、输出参数的设定和调整；控制单元，用于接收超声换能器的实时工作电压、电流信号，经过内嵌的算法计算，得到超声换能器工作电压、电流的幅值、频率和相位差大小，并通过输出PWM3信号调整电压变换与调节单元的电压大小、修改PWM驱动信号的频率以及调谐匹配单元的电感值大小；所述自动跟踪方法包括如下步骤：a)将电压变换与调节单元的输出电压调节到最低工作电压门槛值V1，并将4个动态匹配电感全部投入；b)控制单元输出频率为f0的PWM驱动信号至单相全桥逆变单元，使高频信号通过高频变压器和调谐匹配单元加载到超声换能器两端；c)控制单元以T为周期对超声换能器两端的电压、电流及其相位差信号进行采集，并且以动态匹配电感的最小分辨率值进行减小，直到所有的动态匹配电感全部切除，在电感逐步减小的每个周期内，控制单元在记录各个动态电感值匹配的情况下超声换能器两端电压、电流及其相位差数据集Array0；d)在数据集Array0中，找出电流值大于某个门槛值I1的数据集Array1，若Array1为空，则将f0减小fs，并跳至步骤b)；若Array1不为空，则跳至步骤e)；e)在数据集Array1中，搜寻相位差在[‑5+5]范围内的数据集Array2，若Array2为空，则将f0减小fs，并跳至步骤b)；若Array1不为空，则跳至步骤f)；f)在数据集Array2中，搜寻电流值最大的点，并将其对应的动态电感值Lp为匹配电感；g)确定动态匹配电感Lp后，以相位差为0作为目标调整PWM的频率；当相位差大于0时，则以Δf为步长减小f0；当相位差小于0时，则以Δf为步长增加f0；使超声换能器两端的电压电流相位差为0；h)在步骤g)的周期控制过程中，若频率偏移大于门槛值fmax，则以动态匹配电感的最小分辨率值进行减小电感，使f0减小fd，并跳转到步骤c)；若频率偏移小于门槛值fmin，则以动态匹配电感的最小分辨率值进行增加电感，使f0增加fd，并跳转到步骤c)。