Page 29 - 《应用声学）》2023年第5期

第 42 卷 第 5 期 苏含玉等： 步进追频及恒振幅控制的超声电源设计 921

调节范围应有一定的限制，取占空比的调节范围为
11
తܸᣥКႃื ±5%。步进移相的控制逻辑如图 7 所示，焊接设定
10 తܸᣥКႃืᄊጳভલՌ
的初始占空比为 D i ，其增量变化由反馈的输入电流
大小决定。
9
తܸᣥКႃื/A 8 4 实验结果及分析

7
4.1 负载变化追频测试
在负载变化追频测试中，对两片 0.2 mm 铜片
6
进行焊接 (无振幅闭环控制)，铜片焊接参数如表 2
5
0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 所示。
Ӵቇඋ
表 2 铜片焊接参数
图 6 最大输入电流和占空比的关系
Table 2 Copper sheet welding parameters
Fig. 6 The relationship between the maximum
input current and the duty cycle 初始驱动 初始 焊接
材料 压强/MPa
频率/Hz 占空比/% 时间/s
3.2.3 输入电流反馈下的步进移相控制
铜 0.5 20599 75 1
在谐振频率误差范围 ε 1 /2内，由于相位差变化
较小，因此输入电流变化较小，此时振幅闭环控制不 在无振幅闭环控制逻辑下，所测得的实际焊
起作用。当相位差大于 ε 2 /2 时，振幅闭环控制开始 接振幅如图 8 所示，焊接振幅最大 21 µm，最小
作用。若此时检测到输入电流减小，为避免步进累 14.5 µm，振幅极差为 6.5 µm，平均振幅为 17.5 µm，
加追频滞后对焊接振幅造成过大影响，步进移相增 振幅的相对极差为37.14%。对比无负载变化追频控
大占空比以提高输出功率。若此时检测到输入电流 制下的焊接振幅图 2 可知，当检测到电流与电压相
增大，则步进移相减小占空比以降低输入电流。检 位差变化过大时，负载变化下的步进追频逻辑开始
测到相位差小于ε 1 /2时，停止步进移相。同时，为防 执行，避免了焊接振幅持续的非线性下降。
止换能器出现过载和失控等情况，对占空比的动态 25
20
नݽ 15
10
ཝଌ૝ࣨ/mm 0
D/ D i ⇁DD 5

DD=DD-0.2% DD=DD+0.2% -5
Y
-10
N -15
ᣥКႃืѓ࠵
-20
Y
-25
-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
ᄱͯࣀ ĺε  /2?
௑ᫎ/s
N
图 8 1 s 内焊接振幅变化 (无振幅闭环控制)
Y
ᄱͯࣀ ĺε  /2?
Fig. 8 Solder amplitude change within 1 s (no
N amplitude closed-loop control)
N
ཝଌፇౌὝ 4.2 恒振幅测试
Y 在无振幅闭环控制的焊接过程中，采用的是步
ፇౌ 进追频策略，对于谐振频率误差的补偿为动态累

图 7 步进移相的控制逻辑 加补偿且存在滞后性，导致焊接振幅的相对极差
Fig. 7 Control logic for step-shift phase shifting 较大，而恒振幅测试是在负载变化追频测试的基