超声振动系统频率自动跟踪的模糊控制算法研究

针对大功率超声应用中，工作频带窄、频率跟踪速度要求快的特点，提出将模糊控制智能算法（Fuzzy Control）和数字频率直接合成技术（DDS）相结合的频率自动跟踪方案，依据经验归纳制定模糊控制器来快速跟踪工作频率，将驱动频率调节至谐振频率附近；随后只采用DDS进行频率的微调节，使得电源频率工作在超声换能器的谐振频率点上。最后，通过在MATLAB软件中对控制算法进行验证，表明本文算法具有可行性，能够实现对大功率超声波电源的频率自动跟踪。     

锁相式超声振动系统频率自动跟踪的初步研究

在功率超声的应用中，频率自动跟踪技术是需要解决的一个重要课题，是提高超声设备输出功率和效率的重要途径之一，本文阐述了超声换能器在谐振频率附近的电抗特性，由此得出了采用锁相技术进行频率自动跟踪的理论基础，文中详细叙述了锁相工频率自动跟踪系统的是电路结构及工作原理，并用压力模拟负载进行了实验，实验结果表明：系统的跟踪性能能够较好地满足实际要求。     

模糊PID控制在电视跟踪伺服系统中的应用

针对电视跟踪伺服系统提出了一种模糊PID控制方法，该方法结合简单模糊控制与常规PID控制的优点,讨论了模糊PID控制器的设计方法，同时利用MATLAB软件中的模糊控制工具箱进行了系统的辅助设计与仿真实验.仿真结果表明，该控制方法可使电视跟踪伺服系统性能得到提高.     

磨机负荷专家控制系统设计及仿真研究

借鉴生物界的免疫反馈原理和遗传算法,利用模糊控制可以有效地实现对非线性、纯滞后、复杂的对象进行控制的优点,并结合PID与自寻优方法,设计出磨机负荷专家控制系统,用VB编写OPC客户端及控制程序,实现对磨机负荷的动态优化控制。试验结果表明,本文提出的控制策略能够很好的跟踪被控对象的参数变化,在存在干扰的情况下也能有较强的自适应能力,能够提高磨机台时产量,并提高矿厂的经济效益。     

超声焊接全状态频率跟踪算法*

与超声塑料焊接相比，超声金属焊接负载重且变化剧烈，容易导致换能器出现无阻性点状态或者频率误跟踪。现有的频率跟踪方法往往只能在换能器有阻性点的状态下正常工作，在出现误跟踪时也无法自动复位。针对上述问题，本文基于梅森等效电路，推导出一种能够同时适配于谐振频率与反谐振频率，能够自行判断是否误跟踪频率跟踪算法。当换能器处于无阻性点状态时，算法将自动把跟踪目标变为相位差最小点，实现全状态频率跟踪。算法利用三个不同频率及其发波时换能器的电压电流相位进行计算，以此算出理想的频率跟踪步长和方向。最后通过MATLAB对算法进行仿真，验证算法在目标频率发生非线性变化时频率跟踪的效果。结果表明，新算法能够实现误跟踪的自复位和全状态频率跟踪，同时能在启动后10ms以内完成频率跟踪，跟踪精度达0.1hz。     

基于最小电压法的超声换能器谐振频率自动跟踪*

首先分析了最大电流法跟踪超声换能器谐振频率的原理及应用范围。研究了基于由串联电感和并联电容匹配电路下,不同频率时换能器两端电压电流的变化规律。研究表明在串联电感和并联电容匹配电路下发生谐振时,换能器两端的电压最小而电流并非最大。由此形成了采用最小电压法跟踪谐振频率的自动跟踪策略,并给出了该方法的具体实施步骤。论文研究结果为换能器谐振频率的自动跟踪方法提供了新的选择。     

基于单片机的超声冲击装置频率跟踪控制和恒幅控制

对超声波冲击以提高焊接接头疲劳强度的装置进行了研究，研制出一台可用于实际冲击处理的样机。该样机以单片机为核心，采用自适应带通滤波器提取超声换能器工作的基波信号，在此基础上获得电流和电压的相位差，根据相位差用模糊控制方法来实现自动频率跟踪；通过电流控制执行机构的输出端振幅，使之恒定不变，对超声冲击处理的质量进行控制。该装置能够适应超声冲击这种负载变化十分剧烈的场合，并可实现准确的频率跟踪和保证冲击处理的质量及效率。     

超声电源频率自动跟踪的模糊控制算法研究

针对大功率超声应用中工作频带窄、频率跟踪速度要求快的特点,提出将模糊控制智能算法和直接数字频率合成技术相结合的频率自动跟踪方案。依据经验归纳制定模糊控制器来快速跟踪工作频率,将驱动频率调节至谐振频率附近。随后只采用直接数字频率合成技术进行频率的微调节,使得电源频率工作在超声换能器的谐振频率点上。最后,通过在MATLAB软件以及实验测试对控制算法进行验证,表明本文算法具有可行性,能够实现对大功率超声波电源的频率自动跟踪。     

基于SVD的超精密工件自寻位加工算法能力评价

为进一步改善超精密表面修形的最终精度、效率与成本，优化超精密自寻位加工的工艺方向与工艺决策过程, 开展了对超精密工件的自寻位加工算法点云融合过程的定量评价研究，提出了基于SVD的自寻位加工算法能力评价方法。首先基于运动学方法建立了点云融合的矩阵表示，分别对平动、转动、复合运动等情况建立了自寻位结果的转换矩阵表示，获得自寻位点云融合转换矩阵；进而对转换矩阵进行奇异值分解得到转换矩阵的奇异值列表；最后将列表中最大奇异值用以表征自寻位加工算法的能力。通过对某型超精密叶片在平动、转动和复合运动、共计1078组自由放置状态进行分析，发现所提出的评价指标在独立平动和独立转动两种任意放置情况下能够正确地表征自寻位加工算法的工艺能力。对于独立平动情况，自寻位加工算法能够正常定位加工，其最大奇异值也与预设偏差较小；对于独立转动情况，当旋转角度小于45°时，均能够正确地进行自寻位加工，最大奇异值差值也趋近于零，旋转角度超过45°时，算法的自寻位加工能力恶化，这一特性能够被所提指标正确捕捉。对于由平动和转动构成的复合运动而言，所提指标显示约35%的情况能够正确进行自寻位加工，其余情况无法进行正确的自寻位加工。结果表明本文所提方法建立的指标能够正确表征自寻位加工算法能力。     

一种目标遮挡情况下的自动跟踪控制方法

为解决自动跟踪过程中目标被遮挡导致丢失的问题，提出一种光电观瞄系统抗目标遮挡的自动跟踪控制方法。在正常跟踪状态时记录当前跟踪控制命令，当目标被遮挡后控制系统进入记忆跟踪状态时，对记录的若干组控制命令进行二次曲线拟合，预测出目标遮挡过程中的控制命令，从而预测目标的运动轨迹，保证自动跟踪的稳定性和可靠性。在目标突然转向或作变加减速运动的情况下，二次曲线拟合的预测误差不大于6%，远小于线性拟合的预测误差73%。该方法已被某型光电观瞄系统挂飞试验进行了验证，结果表明:在目标被短暂遮挡时，观瞄系统自动跟踪过程平稳，瞄准线稳定。     

功率超声治疗的机理及其频率问题

由于超声治疗的对象,目的不同,所应用的超声生物物理性－治疗机理也不同,不同的物理特性与工作频率有着密切关系,因此,必须正确地选择工作频率,解决好频率自动跟踪中遇到的一系列有关频率问题,才能使超声治疗设备安全,可靠地运行。     

超声换能器并联谐振频率的复合式跟踪方法研究

为了使超声换能器适应变化比较剧烈的负载,本文通过分析超声换能器在并联谐振频率附近工作时的频率特性和实际需求特点,利用变压器初级匹配方法得到了更好的频率特性,并对比了换能器空载和带负荷情况下的阻抗特性曲线,提出了复合式自动频率跟踪方法,空载时找到超声换能器最小电流的对应的频率点,加载过程中利用比例积分微分算法实现频率的快速跟踪。并对超声换能器在不同负载时的功率输出进行了实验,结果表明,复合式频率跟踪方法可以稳定地跟踪到超声换能器的并联谐振频率,能实现超声换能器的功率自调节,对提高换能器的工作效率和负荷适应能力具有实际的指导意义和应用价值。     

基于直接数字合成技术超声电源控制器的研究

功率超声技术在国民经济各部门的日益广泛应用,越来越需要一种通用型智能化大功率超声电源。控制器是大功率超声电源的核心,它应具有根据大功率超声应用的具体情况自动跟踪振动系统的谐振频率和进行功率大小自动控制的功能。本文以现场可编程门阵列器件(FPGA)作为控制器核心,采用直接数字频率合成技术控制信号输出频率,用改变输出信号占空比的方式实现功率调整,用振动系统的电流和电压相位差信息自动跟踪频率。仿真结果表明,该控制器不仅对信号频率稳定性高,便于功率调整,而且易于实现频率自动跟踪。     

无人船安全目标追踪与自动避障算法

设计了无人船安全目标追踪算法和双回路追踪以及自动避障控制策略,内回路是控制无人船安全目标追踪并与目标保持一定安全距离,通过Lyapunov函数证明了该控制算法的渐近稳定性。外回路是无人船在安全距离内发现障碍,将目标点虚拟化,运用模糊控制原理,实现自动避障。优化传统的Dijkstra算法,设计了无人船实时最短路径算法。仿真结果表明,提出的综合算法能够实现无人船以合理速度通过最短距离,兼顾了时间效率,并能顺利避障。     

频率自动跟踪超声波电源设计

针对超声波电源工作时负载状态改变,换能系统产生谐振漂移的问题,提出了一种基于STM32的频率自动跟踪超声波电源的设计。电源逆变电路采用带辅助网络的全桥结构,阻抗匹配电路选择了一种改进型的T型匹配网络,应用PWM移相调功技术控制电源的输出功率,通过数字鉴相技术得到电压电流的相位差作为电路谐振状态的反馈信号,结合STM32主控制器进行PI控制,调节PWM波的输出频率使电路始终工作于谐振状态,实现了谐振频率的自动跟踪。最后基于该设计方案,实际制作了一款应用于超声波清洗仪的电源,并通过实验验证了该电源具有输出功率稳定,负载适应性强,输出频率自动跟踪等特点。     

Continuous recording of ultrasonic velocity by laser Bragg diffraction

A method for improving the measuring accuracy of ultrasonic wave velocities in a liquid sample is given. This utilizes the Bragg diffraction angle. Continuous recording of the ultrasonic velocity for a continuously varying sample temperature is also described. An analogue of the Czerny-Turner mount in the grating monochromater is used for the determination of the angle of diffraction. A frequency modulated ultrasonic wave produces an oscillating photo-electric signal from a diffracted light component incident on a photo-multiplier tube. Using this signal, the peak point in the intensity distribution of the component is determined with extremely high accuracy. Applying the phase-sensitively detected output of this signal to a servo motor which drives the angle of a plane mirror (replacing the grating in the Czerny-Turner mount), gives automatic tracking of the angle of diffraction. This in turn allows the possibility of continuous recording of the velocity dispersion as a function of sample temperature.