超声波电源说明书样本

第九届“挑战杯”

河南省大学生课外学术科技作品竞赛

作

品

说

明

书

作品名称：超声波振动筛自动控制电源

学校：河南师范大学

团队： ZJ小组

指引教师：袁延忠

前言

超声技术是声学中发展最迅速、应用最广泛领域。特别在近年来,随着电子技术和材料科学等方面飞速发展,大功率超声技术如超声清洗、超声焊接、超声加工、超声雾化、超声乳化、超声粉碎等在国民经济有关行业中应用越来越广,这又反过来增进了对功率超声机理和应用等方面研究。

在超声振动加工中，为得到大振幅以提高加工质量，发挥超声加工优越性，规定振动系统工作在谐振状态。普通，换能器振动系统工作前，通过调节电源电频率，可满足系统处在共振工作条件。

但是，在实际加工中，由于负载变化、系统发热等一系因素影响，使振动系统固有频率发生变化，此时，若不及时调节换能器电源频率即不采用自动频率跟踪，振动系统将工作在非谐振状态，从而使振动系统输出振幅减小，导致加工质量下降，当失谐严重时，超声振动加工优越性消失。因而，在超声振动加工中采用自动频率跟踪是非常必要

目录

前言 (2)

一项目背景 (4)

二设计目 (5)

三系统设计 (6)

3.1 电流控制型PWM设计 (6)

3.2 单片机采集数据设计 (7)

3.3 PID算法 (7)

3.4 自动跟踪频率 (8)

3.5 DDS高精度振荡源应用 (8)

四系统流程图 (9)

五作品创新点与技术指标 (10)

六作品应用前景 (11)

七作品原理图 (12)

八作品某些代码 (13)

九附件 (16)

项目背景

超声振动筛是将220V、50Hz或110V、60Hz电能转化为18KHz高频电能，输入超声换能器，将其变成18KHz机械振动，从而达到高效筛分和清网目。该系统在老式振动筛基本上在筛网上引入一种低振幅、高频率超声振动波（机械波），以改进超微细分体筛分性能。特别适合高附加值精细分体顾客使用

作为超声波振动筛核心某些——电源设计尤为重要，就当前人工手动控制电源而言，由于振动筛筛选出是200目以上极微小颗粒，筛选成雾状，生产环境及其恶劣，不适于人长期工作。并且，人工控制精确度不高，不能及时地跟踪振动筛频率。而本产品正是克服了以上种种缺陷。自动控制电源采用PID控制，自动扫描振动筛本振频率，已达到迅速、精准地动态调节振源频率，使之始终工作在最适当频率和电流，从而大大提高了生产量。由于具备频率扫描功能，因而适应于所有型号超声换能器。换能器频率偏移率低，能量转换率达到95%以上，实现功率输出最大化。系统兼容性好，自动调节限度高，有很宽频率跟踪范畴。电源可以输出平稳能量和振幅，并对换能器最大输出功率、振幅、电压进行限制，电源有过压、过温、过流等多重保护手段。咱们设计作品可合用于各种超声波系统中，制药、冶金、化工、选矿、食品等规定精细筛分过滤行业，因此本作品具备较好应用价值。

项目设计目

当前，超声波振动筛应用越来越广泛，由于普通机械式振动筛只能筛分200目如下颗粒，对于200-600目颗粒，只有采用更高振动频率。超声波振动频率可以从20KHZ到60KHZ，对于微小颗粒筛分具备较好效果。超声波振动实现原理是：运用振荡源同步驱动PMW 专用电路SG3525，驱动脉冲再经功率放大电路，驱动超声波换能器，从而产生高频振动。在超声振动加工中，为大幅提高加工质量，发挥超声加工优越性，规定振动系统工作在谐振状态。普通，换能器振动系统工作前，通过调节电源频率，使之满足系统处在共振状态。但是，在实际运营中，由于负载变化、系统发热等一系列因素影响，使振动系统固有频率不断发生随机性变化。当换能器频率偏离其供电频率时，便几乎停止振动。而在当前生产工作中，超声波电源以人工手动控制居多，从而无法迅速、精准、及时地调节换能器电源频率，振动系统将工作在非谐振状态，从而使振动系统输出振幅减小，导致加工质量下降。因而，在超声振动加工中采用自动频率跟踪是非常必要。为了弥补当前市场上超声共振筛存在这些缺陷，咱们想到了研制出一种在工作过程中可以自动扫描设备频率并进行调频自动控制电源。系统设计

3.1 电流控制型PWM设计

脉冲宽度调制脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”缩写，简称脉宽调制。它是运用微解决器数字输出来对模仿电路进行控制一种非常有效技术，广泛应用于测量，通信，功

率控制与变换等许多领域。一种模仿控制方式，依照相应载荷变化来调制晶体管栅极或基极偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间变化，这种方式能使电源输出电压在工作条件变化时保持恒定。

脉冲宽度调制（PWM）是一种对模仿信号电平进行数字编码办法。通过高辨别率计数器使用，方波占空比被调制用来对一种详细模仿信号电平进行编码。PWM信号依然是数字，由于在给定任何时刻，满幅值直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)重复脉冲序列被加到模仿负载上去。通时候即是直流供电被加到负载上时候，断时候即是供电被断开时候。只要带宽足够，任何模仿值都可以使用PWM进行编码。

3.2 单片机采集数据设计

数据采集是分析模仿信号量数据有效办法。而实时显示数据是自动化检测系统现实需求。在测试空空导弹导引头过程中，导引头响应信号涉及内部二次电源信号和模仿量电压信号。检测过程中规定检测系统实时显示导引头工作状态，显示二次电源和模仿量响应电压信号，判断导引头性能，同步保证在非常状况下人为对导引头做出应急解决，保护导引头。对于模仿量电压信号，普通采用模数转换、事后数据标定办法实现。依照现实需求，研制相应检测系统可作为导引头寻常维护和修理重要工具。

3.3 PID算法

在过程控制中，按偏差比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制