本文關(guān)鍵詞：負(fù)載條件下超聲加工振動能量控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲換能系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中,如電子封裝行業(yè)、超聲加工行業(yè)等。超聲換能系統(tǒng)包括超聲發(fā)生器(超聲電源)和換能器兩部分。換能器輸出功率在發(fā)生器輸出的驅(qū)動信號頻率與換能器諧振頻率相等時達(dá)到最大。在超聲加工應(yīng)用和研究中,振動系統(tǒng)負(fù)載變化、工具磨損、換能器發(fā)熱等諸多因素會導(dǎo)致?lián)Q能器輸出振幅下降,造成加工過程不穩(wěn)定,導(dǎo)致生產(chǎn)率的降低。針對負(fù)載的非線性及不明確特征導(dǎo)致頻率反饋低效的問題,本文在對換能系統(tǒng)建立動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了H∞控制器。該控制器使得負(fù)載條件下的換能系統(tǒng)在諧振狀態(tài)下振幅輸出穩(wěn)定,保證了換能系統(tǒng)的加工質(zhì)量。超聲換能系統(tǒng)工作時的振幅受諸多因素的影響,因此得出換能系統(tǒng)振幅的精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型較難。本論文利用分部建模的思想,將換能系統(tǒng)視為三部分組成,即壓電陶瓷、集中器、負(fù)載,建立超聲換能器系統(tǒng)的動力學(xué)模型,得出系統(tǒng)的傳遞函數(shù);同時采用機(jī)電等效的方法驗(yàn)證建立的動力學(xué)模型。并利用MATLAB仿真得出負(fù)載參數(shù)阻尼系數(shù)和彈性系數(shù)變化對負(fù)載模型的影響規(guī)律。在對超聲換能系統(tǒng)動力學(xué)模型理論分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了校正裝置。該裝置的作用是通過設(shè)置參數(shù)改善被控對象性能,提高了換能系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并分別采用根軌跡法和頻率響應(yīng)法對控制系統(tǒng)模型進(jìn)行分析驗(yàn)證。采用不同頻率驅(qū)動帶有校正裝置的換能系統(tǒng)模型,得出換能器兩端振幅(電流)的時間響應(yīng)特性。根據(jù)換能系統(tǒng)模型的電流響應(yīng)特性,可知換能系統(tǒng)在不同頻率的輸入時,輸出電流的有效值對應(yīng)不同程度的衰減。根據(jù)負(fù)載不確定性的特點(diǎn),本論文設(shè)計(jì)了H∞控制器來調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定輸出。在仿真驗(yàn)證過程中,通過改變負(fù)載的阻尼系數(shù)和彈性系數(shù),得到換能系統(tǒng)的電流信號的有效值響應(yīng)。最后,通過實(shí)驗(yàn)室驅(qū)動平臺與上位機(jī)通訊獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對加入控制器的換能系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,驗(yàn)證了在恒壓恒流恒功率三種模式下,設(shè)計(jì)的控制器滿足了對負(fù)載條件下?lián)Q能器輸出振幅需求的控制。以上研究內(nèi)容,滿足了超聲換能系統(tǒng)負(fù)載條件下的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性,對提高換能器工作效率有指導(dǎo)作用。
【關(guān)鍵詞】：換能系統(tǒng) 負(fù)載 H∞控制器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB552
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 超聲換能系統(tǒng)的應(yīng)用9-10
• 1.3 換能系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及分析10-13
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 研究目的與意義13
• 1.5 本文選題與研究內(nèi)容13-15
• 第2章 換能系統(tǒng)動力學(xué)模型的建立與驗(yàn)證15-30
• 2.1 引言15
• 2.2 動力學(xué)模型的建立15-19
• 2.2.1 動力學(xué)模型參數(shù)的確定17-18
• 2.2.2 傳遞函數(shù)的確定18-19
• 2.3 動力學(xué)模型驗(yàn)證19-23
• 2.3.1 機(jī)電等效模型傳遞函數(shù)的確定21-22
• 2.3.2 動力學(xué)模型與機(jī)電等效電路模型響應(yīng)對比22-23
• 2.4 負(fù)載的等效模型23-25
• 2.5 負(fù)載等效模型對系統(tǒng)模型的影響25-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第3章 換能系統(tǒng)模型特性分析與校正裝置設(shè)計(jì)30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 動力學(xué)模型特性分析30-33
• 3.2.1 軌跡法分析系統(tǒng)模型31-32
• 3.2.2 頻率響應(yīng)法分析系統(tǒng)模型32-33
• 3.3 動力學(xué)模型校正裝置的設(shè)計(jì)與仿真33-38
• 3.4 輸出電流響應(yīng)特性38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第4章H_∞控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 H_∞控制器的設(shè)計(jì)41-44
• 4.3 負(fù)載條件下?lián)Q能系統(tǒng)的仿真與分析44-49
• 4.3.1 加入負(fù)載對系統(tǒng)的仿真與分析44-47
• 4.3.2 負(fù)載參數(shù)變化條件下系統(tǒng)的仿真與分析47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第5章 實(shí)驗(yàn)50-58
• 5.1 引言50
• 5.2 換能系統(tǒng)驅(qū)動信號模塊軟件設(shè)計(jì)50-52
• 5.3 負(fù)載條件下?lián)Q能系統(tǒng)響應(yīng)特性實(shí)驗(yàn)52-57
• 5.3.1 換能系統(tǒng)頻率掃頻實(shí)驗(yàn)53-54
• 5.3.2 換能系統(tǒng)輸出控制實(shí)驗(yàn)54-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 致謝64

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本文編號：390810