Page 200 - 《应用声学》2024年第1期

196 2024 年 1 月

2500 20200 20
2000 20180 10
2000
1500 20160 0
1000 1000 20140 -10
500 20120 -20
ႃԍ/V 0 0 ႃื/mA ᯶үᮠဋ/Hz 20100 -30 ᄱͯࣀᝈ/(O)
-500
-1000 20080 -40
-1000 20060 ᯶үᮠဋ -50
-1500 -2000 20040 ᄱͯࣀ -60
-2000 20020 -70
-2500 -3000 20000 -80
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.09 0.18 0.27 0.36 0.45
ཝଌ௑ᫎ/s ཝଌ௑ᫎ/s
(a) ཝଌ௑૱ᑟ٨ːቫႃԍႃืฉॎڏ (b) ᯶үᮠဋ֗ᄱͯࣀᬤཝଌ௑ᫎᄊԫӑజጳ
图 10 以 f a 为跟踪目标的实验结果
Fig. 10 The experimental result when the algorithm uses f a as tracking target

20240 0
1500 3000
20210 -10
1000 2000
20180 -20
500 1000 20150 -30
ႃԍ/V 0 0 ႃื/mA ᯶үᮠဋ/Hz 20120 -40 ᄱͯࣀᝈ/(O)
-500 -1000 20090 -50
᯶үᮠဋ
-1000 -2000 20060 ᄱͯࣀ -60
-1500 -3000 20030 -70
20000 -80
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.09 0.18 0.27 0.36 0.45
ཝଌ௑ᫎ/s ཝଌ௑ᫎ/s
(a) ཝଌ௑૱ᑟ٨ːቫႃԍႃืฉॎڏ (b) ᯶үᮠဋ֗ᄱͯࣀᬤཝଌ௑ᫎᄊԫӑజጳ
图 11 无阻性点状态时算法跟踪实验结果
Fig. 11 The experimental results when the transducer is in the non-resistance point state

把焊接时的气压从 0.2 MPa 提高到 0.4 MPa， 超声电源可以根据焊接对象选择工作在谐振或反
使得换能器处于无阻性点状态，测试算法在换能器 谐振频率点。仿真结果和焊接实验均表明，算法能
处于无阻性点时是否能较为稳定的跟踪。图 11 为 够避免误跟踪；启动阶段的起始频率与目标频率相
换能器处于无阻性点状态时的频率跟踪效果，其 差较大时，追频时间大约 5 ms；在重载情况下，换能
中图 11(a) 为焊接时换能器两端电压电流波形图， 器谐振频率消失时，仍能够找到最佳工作频率稳定
图 11(b) 为电压发波频率和换能器的相位差随焊接 工作。本文提出的控制算法可应用于负载变化快的
时间的变化曲线。 场合，也可为动力电池上连接件、线束等较厚工件
上述实验结果表明，算法能够较易实现谐振频 的超声焊接提供参考。
率或反谐振频率的频率跟踪；在无阻性点状态时仍
能维持较小相位差。存在阻性点时可完成负载动态 参 考 文 献
变化 (持续约 80 ms) 的跟踪，随后的相位差基本保
[1] Zwicker M F R, Moghadam M, Zhang W, et al. Auto-
持在 8° 以内，在换能器处于无阻性点时不会出现严
motive battery pack manufacturing—A review of battery
重的频率失锁问题，跟踪效果稳定。 to tab joining[J]. Journal of Advanced Joining Processes,
2020, 1: 100017.
4 结论 [2] 李正中, 周光平, 梁召峰, 等. 全数字控制超声波金属焊接电
源的设计 [J]. 声学技术, 2012, 31(4): 403–406.
Li Zhengzhong, Zhou Guangping, Liang Zhaofeng, et al.
本文主要研究超声焊接的频率跟踪技术，考虑
Design of digital power source for ultrasonic metal weld-
了换能器的负载特性，提出全状态频率跟踪的算法。 ing[J]. Technical Acoustics, 2012, 31(4): 403–406.