[发明专利]基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统

摘要

本发明公开了一种基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统，其由硬件电路和软件程序两部分组成，硬件电路包括：依次连接在一起的电压电流采样电路、带通滤波电路、鉴相电路(采集电压和电流的相位差、实现数字锁相环)、STM32芯片和IGBT驱动电路以及与STM32芯片连接在一起的显示屏，模糊PI控制技术以软件程序的形式实现，软件程序由STM32芯片执行，主控程序包括：系统初始化程序、显示屏程序、相位差信息捕获程序和PWM频率控制输出程序(包括：PWM输出程序和模糊PI算法程序)。本发明公开的频率跟踪系统，可使超声波电源输出信号频率随着换能器谐振频率变化而变化，实现对换能器谐振频率自动、精确和快速跟踪。

主权项

1.一种基于模糊PI控制技术的超声波电源输出信号频率跟踪系统，其特征在于，该跟踪系统由硬件电路和软件程序两部分组成，模糊PI控制技术以软件程序的形式实现，其中：硬件电路包括：电压电流采样电路、带通滤波电路、鉴相电路、STM32芯片、IGBT驱动电路和显示屏，其中，鉴相电路是用来采集电压和电流的相位差、实现数字锁相环的，电压电流采样电路、带通滤波电路、鉴相电路、STM32芯片和IGBT驱动电路依次通过信号线连接在一起，显示屏通过另外的信号线与STM32芯片连接在一起；软件程序由STM32芯片执行，STM32芯片的主控程序包括：系统初始化程序、显示屏程序、相位差信息捕获程序以及PWM频率控制输出程序，PWM频率控制输出程序又包括：PWM输出程序和模糊PI算法程序，其中：在相位差信息捕获程序中，方向信息flag直接送入STM32芯片，经STM32芯片采集处理后输出“1”和“0”两种状态，前者为电压相位超前电流，后者为电压相位滞后电流，数值信息Δθ存在于方波信号中，需要通过对方波信号的占空比进行测量而获得，首先将程序设定为上升沿触发，当进入中断之后，a(t+1)时刻与上次中断a(t)时刻之间的时间间隔即为方波周期T1，然后将程序设定为下降沿，进入中断之后，b(t+1)时刻与上升沿a(t)时刻之差即为高电平时间T2，高电平时间T2除以方波周期T1即为方波信号的占空比，该占空比传给PWM频率控制输出程序处理，经过处理后即可表示Δθ的绝对值的大小；在模糊PI算法程序中，首先获取相位差Δθ并计算出相位差的变化率e(θ)，随后对相位差和相位差变化率进行模糊化处理，再模糊整定出Kp和Ki两个参数的变化值，然后计算并输出新的Kp和Ki，最后对输出信号频率参数进行调节。