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磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统及方法

申请号 CN202311099694.4 申请日 2023-08-29 公开(公告)号 CN117139124A 公开(公告)日 2023-12-01
申请人 清华大学; 发明人 冯平法; 王健健; 兰天; 张建富; 郁鼎文; 吴志军; 张翔宇;
摘要 本 申请 公开了一种超 磁致伸缩 超声振动换能器振幅稳定控制系统及方法,其中,系统包括: 采样 模 块 ,用于采集超磁致伸缩超声加工系统的实际 电流 ; 力 反馈测量模块,用于测量超磁致伸缩超声加工系统的力 信号 ,根据力信号调节谐振电流;FPGA模块,用于根据实际电流与谐振电流确定超声电源的驱动 频率 ,并获取目标谐振频率,根据 力反馈 测量模块输入的目标切削力和目标谐振频率获得目标驱动 电压 ,以基于目标驱动电压和目标谐振频率对超磁致伸缩超声加工系统的超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制。由此,解决相关技术中由于超声加工系统的阻抗特性变化,导致超声加工系统 跟踪 目标和振动性能改变,无法精确地实现频率跟踪和振幅 稳定性 控制的问题。
权利要求

1.一种超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统,其特征在于,包括:
采样,用于采集超磁致伸缩超声加工系统产生的实际电流
反馈测量模块,用于测量所述超磁致伸缩超声加工系统产生的力信号,并根据所述力信号调节所述超磁致伸缩超声加工系统谐振点的谐振电流;以及
现场可编程阵列FPGA模块,用于根据所述实际电流与所述谐振电流确定所述超磁致伸缩超声加工系统中的超声电源的驱动频率,并利用所述驱动频率获取目标谐振频率,根据所述力反馈测量模块输入的目标切削力和所述目标谐振频率获得目标驱动电压,以基于所述目标驱动电压和所述目标谐振频率对所述超磁致伸缩超声加工系统的超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括:
放大模块,用于将所述驱动信号进行放大。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括:
数码显示管,用于接收用户输入的至少一项频率跟踪参数。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述至少一项频率跟踪参数包括初始驱动频率、驱动电压、追频电流、追频步长、追频速度和采样时长中的任一项。
5.一种超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法,其特征在于,采用如权利要求
1‑4任一项所述的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统,其中,所述方法包括以下步骤:
采集所述超磁致伸缩超声加工系统产生的所述实际电流;
测量所述超磁致伸缩超声加工系统产生的所述力信号;
根据所述力信号调节所述超磁致伸缩超声加工系统谐振点的所述谐振电流;以及根据所述实际电流与所述谐振电流确定所述超磁致伸缩超声加工系统的超声电源的所述驱动频率,并利用所述驱动频率获取所述目标谐振频率,根据所述目标切削力和所述目标谐振频率获得所述目标驱动电压,以基于所述目标驱动电压和所述目标谐振频率对所述超磁致伸缩超声加工系统的所述超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,还包括:
将所述驱动信号进行放大。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,还包括:
接收用户输入的至少一项频率跟踪参数。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述至少一项频率跟踪参数包括初始驱动频率、驱动电压、追频电流、追频步长、追频速度和采样时长中的任一项。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序,以实现如权利要求5‑8任一项所述的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行,以用于实现如权利要求5‑8任一项所述的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法。

说明书全文

磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统及方法

技术领域

[0001] 本申请涉及超声精密特种加工技术领域,特别涉及一种超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统及方法。

背景技术

[0002] 相关技术中,旋转超声加工系统利用旋转超声加工技术,在旋转超声加工系统加工中对工具头施加一定规律周期性变化的超声振动,其中,旋转超声加工系统的主要性能评价指标为超声振幅,大的超声振幅可以增加加工效率。
[0003] 然而,相关技术中由于超声加工系统的阻抗特性变化,导致超声加工系统的跟踪目标和振动性能实时改变,降低了追踪的准确性,无法精确、快速地实现频率跟踪和振幅稳定性控制。发明内容
[0004] 本申请是基于发明人对以下问题和认识作出的:
[0005] 旋转超声加工技术是在加工中给工具头施加沿某一方向以一定规律周期性变化的超声振动,以改善加工效果,与传统的不施加超声振动的加工方法相比,旋转超声加工在很多方面存在显著的优点,例如,提高加工效率和精度、降低切削,延长刀具寿命等。
[0006] 磁致伸缩现象是磁体在磁场中受磁场影响尺寸发生变化的现象,由于磁致伸缩现象,超磁致伸缩材料可以在施加的交变磁场作用下反复伸长与缩短,从而产生振动,实现从电磁能转到机械能或声能的能量转换,基于上述原理,超磁致伸缩材料可以应用于换能器。
[0007] 对于超声加工系统,其谐振频率在受到外负载后会发生变化,即频率偏移现象,频率偏移导致驱动频率与谐振频率不一致,严重影响超声加工系统的输出振幅,严重时甚至会导致超声加工系统失谐,使超声加工系统不再输出超声振动,因此,需要对超声加工系统进行频率跟踪使其始终在谐振频率下工作,同时,在受到外负载后,即使进行频率跟踪,由于超声加工系统的谐振频率发生了改变,与超声加工系统原本设计的机械谐振频率产生了偏差,超声加工系统的振动状态会与初始状态产生偏差,同时在受到外负载谐振频率偏移后,超声加工系统的阻抗状态也会发生一定的改变,在进行频率跟踪后超声加工系统的电学特性也会发生变化,因此,超声加工系统的超声振幅同样会发生变化,对超声加工系统开展精密加工产生不利的影响,亟待改善。
[0008] 本申请提供一种超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统及方法,以解决相关技术中由于超声加工系统的阻抗特性变化,导致超声加工系统的跟踪目标和振动性能实时改变,降低了追踪的准确性,无法精确、快速地实现频率跟踪和振幅稳定性控制。
[0009] 本申请第一方面实施例提供一种超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统,包括:采样,用于采集超磁致伸缩超声加工系统产生的实际电流力反馈测量模块,用于测量所述超磁致伸缩超声加工系统产生的力信号,并根据所述力信号调节所述超磁致伸缩超声加工系统谐振点的谐振电流;FPGA(Field Program Gate Way,现场可编程阵列)模块,用于根据所述实际电流与所述谐振电流确定所述超磁致伸缩超声加工系统中的超声电源的驱动频率,并利用所述驱动频率获取目标谐振频率,根据所述力反馈测量模块输入的目标切削力和所述目标谐振频率获得目标驱动电压,以基于所述目标驱动电压和所述目标谐振频率对所述超磁致伸缩超声加工系统的超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制。
[0010] 可选地,在本申请的一个实施例中,本申请实施例的系统还包括:放大模块,用于将所述驱动信号进行放大。
[0011] 可选地,在本申请的一个实施例中,本申请实施例的系统还包括:数码显示管,用于接收用户输入的至少一项频率跟踪参数。
[0012] 可选地,在本申请的一个实施例中,所述至少一项频率跟踪参数包括初始驱动频率、驱动电压、追频电流、追频步长、追频速度和采样时长中的任一项。
[0013] 本申请第二方面实施例提供一种超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法,包括以下步骤:采集所述超磁致伸缩超声加工系统产生的所述实际电流;测量所述超磁致伸缩超声加工系统产生的所述力信号;根据所述力信号调节所述超磁致伸缩超声加工系统谐振点的所述谐振电流;根据所述实际电流与所述谐振电流确定所述超磁致伸缩超声加工系统的超声电源的所述驱动频率,并利用所述驱动频率获取所述目标切削力和所述目标谐振频率,根据所述目标切削力和所述目标谐振频率获得所述目标驱动电压,以基于所述目标驱动电压和所述目标谐振频率对所述超磁致伸缩超声加工系统的所述超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制。
[0014] 可选地,在本申请的一个实施例中,本申请实施例的方法还包括:将所述驱动信号进行放大。
[0015] 可选地,在本申请的一个实施例中,本申请实施例的方法还包括:接收所述用户输入的所述至少一项频率跟踪参数。
[0016] 可选地,在本申请的一个实施例中,所述至少一项频率跟踪参数包括所述初始驱动频率、所述驱动电压、所述追频电流、所述追频步长、所述追频速度和所述采样时长中的任一项。
[0017] 本申请第三方面实施例提供一种电子设备,包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序,以实现如上述实施例所述的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法。
[0018] 本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法。
[0019] 本申请实施例可以通过采样模块采集超磁致伸缩超声加工系统的实际电流,利用力反馈测量模块测量超磁致伸缩超声加工系统的力信号,并根据力信号调节谐振电流,通过FPGA模块根据实际电流与谐振电流确定超声电源的驱动频率,利用驱动频率获取目标谐振频率,并根据力反馈测量模块输入的目标切削力和目标谐振频率获得目标驱动电压,以基于目标驱动电压和目标谐振频率对超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制,从而提升了追踪的准确性,并且可以精确、快速地实现频率跟踪和振幅稳定性控制。由此,解决了相关技术中由于超声加工系统的阻抗特性变化,导致超声加工系统的跟踪目标和振动性能实时改变,降低了追踪的准确性,无法精确、快速地实现频率跟踪和振幅稳定性控制的问题。
[0020] 本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。附图说明
[0021] 本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
[0022] 图1为根据本申请实施例提供的一种超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统的结构示意图;
[0023] 图2为本申请一个具体实施例的超磁致伸缩超声加工系统的结构示意图;
[0024] 图3为本申请一个具体实施例的超磁致伸缩超声加工系统振幅稳定控制系统的示意图;
[0025] 图4为本申请一个具体实施例的超磁致伸缩超声加工系统的阻抗变化情况原理示意图;
[0026] 图5为本申请一个具体实施例的超磁致伸缩超声加工系统的振幅变化情况原理示意图;
[0027] 图6为本申请一个具体实施例的超磁致伸缩超声加工系统谐振频率追踪示意图;
[0028] 图7为本申请一个具体实施例的超磁致伸缩超声加工系统振幅稳定控制示意图;
[0029] 图8为根据本申请实施例提供的一种超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法的流程图
[0030] 图9为根据本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

[0031] 下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
[0032] 下面参照附图描述根据本申请实施例提出的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统的结构示意图。图1是本申请实施例的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统的结构示意图。
[0033] 本申请是对超磁致伸缩超声加工系统的超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制,其中,超磁致伸缩超声加工系统包括超磁致伸缩材料(即换能器)、线圈、导磁体、外壳、线圈骨架、预紧块、永磁体、压块、输出块、刀柄和松耦合电能传输装置,其中,压块装有螺纹孔,可以用于装载预紧螺栓、加载预紧力,预紧螺栓连接压块和外壳,压块与预紧块相连,传递预紧力,超磁致伸缩超声加工系统安装于刀柄内,通过刀柄固定在机床主轴上,通过松耦合电能传输装置进行驱动,超磁致伸缩材料进行切片处理,可以抑制集肤效应涡流损耗,并采用环树脂胶粘接。
[0034] 如图1所示,该超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统10包括:采样模块100、力反馈测量模块200和FPGA模块300。
[0035] 具体地,采样模块100,用于采集超磁致伸缩超声加工系统产生的实际电流。
[0036] 在实际执行过程中,本申请实施例可以设置采样模块100,可以采集超磁致伸缩超声加工系统产生的实际电流,采样得到的实际电流输出端与下述步骤中的FPGA模块300中搭载的AD模块600的输入端连接,从而有效的提升了振幅稳定控制的可执行性。
[0037] 例如,如图2所示,为超磁致伸缩超声加工系统的结构示意图,超磁致伸缩超声加工系统包括超声电源10、补偿电容20、松耦合电能传输装置30、换能器40、刀柄50和变幅杆60,其中,换能器40固定于刀柄50中,变幅杆60通过螺纹连接与换能器40连接,松耦合电能传输装置30分为原边301与副边302,副边302通过螺栓固定在刀柄50上,原边301与机床连接,加工时副边302随刀柄旋转,原边301固定在机床上不转动,副边302与换能器连接提供,原边301通过补偿电容20与超声电源10连接,使用时,通过感应电能传输对换能器40进行供电,换能器40产生超声频率的振动,振动通过变幅杆60传递到刀具。
[0038] 其中,本申请实施例可以设置补偿电容20,补偿电容20可以为手动调控的可变电容,在使用时通过对补偿电容20的手动调控,从而确定超磁致伸缩超声振动换能器的最优补偿。
[0039] 力反馈测量模块200,用于测量超磁致伸缩超声加工系统产生的力信号,并根据力信号调节超磁致伸缩超声加工系统谐振点的谐振电流。
[0040] 作为一种可能实现的方式,本申请实施例可以设置力反馈测量模块200,可以测量超磁致伸缩超声加工系统产生的力信号,例如,可以通过压电陶瓷测力模块实时测量超磁致伸缩超声加工系统的力信号,压电陶瓷测力模块通过压电效应输出电信号,通过电信号获得相应的力信号,并根据力信号调节超磁致伸缩超声加工系统谐振点的谐振电流,有效的提升了力信号测量的准确性。
[0041] FPGA模块300,用于根据实际电流与谐振电流确定超磁致伸缩超声加工系统中的超声电源的驱动频率,并利用驱动频率获取目标谐振频率,根据力反馈测量模块输入的目标切削力和目标谐振频率获得目标驱动电压,以基于目标驱动电压和目标谐振频率对超磁致伸缩超声加工系统的超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制。
[0042] 在部分实施例中,本申请实施例可以设置FPGA模块300,可以确定超磁致伸缩超声加工系统中的超声电源的驱动频率,并利用驱动频率获取切削力和谐振频率,从而获得驱动电压,以基于驱动电压对超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制,进而精确、快速地实现频率跟踪和振幅稳定性控制。
[0043] 其中,如图3所示,FPGA模块300可以实现频率跟踪,并输出超磁致伸缩超声加工系统的超声电源10,FPGA模块300搭载有AD模块600和DA模块700,通过DA模块700输出单频超声交流电信号,其中,DA模块700为双路输出,输出一路信号为驱动信号,另一路信号为参考信号,通过AD模块600对电信号进行采集,并反馈至FPGA模块300进行频率跟踪,其中AD模块600为三路输入,其中一路输入为超声系统反馈的电信号,二路为DA模块700提供的参考信号,三路为反馈切削力的电信号。
[0044] 可选地,在本申请的一个实施例中,本申请实施例的系统10还包括:放大模块400。
[0045] 其中,放大模块400,用于将驱动信号进行放大。
[0046] 在一些实施例中,本申请实施例可以设置放大模块400,用于将驱动信号进行放大,例如,如图3所示,可以连接DA模块700输出的驱动信号,对驱动信号进行放大后,对超磁致伸缩超声加工系统进行驱动,有效的提升了振幅稳定控制的可执行性。
[0047] 可选地,在本申请的一个实施例中,本申请实施例的系统10还包括:数码显示管500。
[0048] 其中,数码显示管500,用于接收用户输入的至少一项频率跟踪参数。
[0049] 在部分实施例中,本申请实施例可以设置数码显示管500,可以接收用户输入的下述步骤中的至少一项频率跟踪参数,有效的提升了频率跟踪的工作效率。
[0050] 其中,在本申请的一个实施例中,至少一项频率跟踪参数包括初始驱动频率、驱动电压、追频电流、追频步长、追频速度和采样时长中的任一项。
[0051] 在一些实施例中,本申请实施例中的至少一项频率跟踪参数包括初始驱动频率、驱动电压、追频电流、追频步长、追频速度和采样时长,有效的提升了频率跟踪的准确性。
[0052] 再例如,如图3所示,为超磁致伸缩超声加工系统振幅稳定控制系统的示意图,可以包括采样模块100、力反馈测量模块200、FPGA模块300、放大模块400、数码显示管500、AD模块600和DA模块700。
[0053] 其中,FPGA模块300的输入端分别与AD模块600与数码显示管500连接,输出端与DA模块700连接,DA模块700为双路输出模块,其中,输入端与FPGA模块300连接,输出端的其中一路驱动信号与放大模块400连接,另一路参考信号与AD模块600连接,其中,参考信号可以判断超磁致伸缩超声加工系统的工作状态。
[0054] 接着,放大模块400的输入端与DA模块700的输出端连接,输出端与补偿电容20连接,通过补偿电容20与松耦合电能传输装置30连接,采样模块100的输入端与超磁致伸缩超声加工系统的电路连接,可以获取超磁致伸缩超声加工系统的电流信号,输出端与AD模块600的输入端连接,AD模块600的输入端分别与DA模块700输出的参考信号,采样模块100测量得到的电流信号,以及力反馈测量模块200测量得到的力信号连接,输出端与FPGA模块
300连接,数码显示管500可以为触控式电阻屏,可以通过用户触控输入指定参数,其输出端与FPGA模块300连接,力反馈测量模块200安装于机床上,测量加工时产生的力信号,产生的力信号与FPGA模块300连接。
[0055] 进一步地,本申请实施例在使用时,首先通过数码显示管500输入所需的各项频率跟踪参数,如,初始驱动频率、驱动电压、追频电流、追频步长、追频速度和采样时长,输入的参数输出至FPGA模块300,通过开关可以分别开启恒定频率驱动模式、谐振追踪模式和振幅稳定控制模式。
[0056] 其中,恒定频率模式使用初始驱动频率与驱动电压进行驱动,不进行频率跟踪,谐振追踪模式为在加工时对谐振频率进行追踪,工作时电源提供给超声电路的驱动频率会持续发生改变,振幅稳定控制模式为在加工时保证振幅的恒定,在使用频率跟踪和振幅稳定控制功能时,本申请实施例可以综合采样模块100采集的电信号、AD模块600输出的参考信号和力反馈测量模块200反馈的力信号,从而对超磁致伸缩超声加工系统进行频率跟踪与振幅稳定性控制。
[0057] 另外,对于超磁致伸缩超声加工系统,在受到外负载时,谐振频率会发生变化,阻抗特性也会发生变化,通过阻抗分析仪可以测量获得超磁致伸缩超声加工系统在受到外力后的阻抗偏移情况,如图4所示,阻抗偏移发生后,超磁致伸缩超声加工系统的追踪指标需要进行实时变动,因此,在追频时可以根据力反馈测量模块200反馈的力信号自动调节使用的追频指标,本申请实施例使用的追频指标为超磁致伸缩超声加工系统谐振点的谐振电流,通过使用阻抗分析仪进行扫频,可以获得超磁致伸缩超声加工系统的谐振频率,并通过谐振频率进一步获得空载情况下的新的谐振频率,通过下式可以进一步计算获得在不同切削力下的谐振电流情况,即:
[0058]
[0059] 其中,U为驱动电压,Ir为谐振电流,Rr为系统电阻,Le为系统电路电感,Ce为系统补偿电容,ωn为系统谐振频率,Xωn为系统机械阻抗与副边阻抗等效后的电抗。
[0060] 另外,在实现频率追踪的基础上,可以对超磁致伸缩超声加工系统进行振幅稳定性控制,对于超磁致伸缩超声加工系统,在受到外负载后,即使进行了频率跟踪,振幅也不为恒定,通过振动学理论可以获得系统带载时的超声振动预测模型,并可由此获得超磁致伸缩超声加工系统的在不同载荷和不同驱动电压下的超声振幅,如图5所示,由于可以进一步获得超磁致伸缩超声加工系统在不同切削力下的保持恒定振幅的驱动电压,即:
[0061]
[0062] 其中,F为切削力,e、k、b、s和d为系统机械结构相关参数,在使用时需要通过预实验对参数进行识别。
[0063] 举例而言,结合图6和图7所示,超磁致伸缩超声加工系统在进行频率跟踪时,首先,可以设定初始驱动频率、驱动电压、追频电流、追频步长、追频速度和采样时长,采样得到的电流信号通过信号处理获得有效值,通过对比采集到的电流信号与谐振电流信号,判断超磁致伸缩超声加工系统是否需要进行频率跟踪。
[0064] 接着,当采集到的真实电流I小于谐振电流Ir时,电源的驱动频率增大,当真实电流I大于谐振电流Ir时,电源的驱动频率减小,当真实电流I与谐振电流Ir相等时,保持驱动频率不变,同时获得此时的切削力F与新的谐振频率fn,根据切削力F与新的谐振频率fn,获得新的谐振电流值Ir,并进入下一轮采样循环。
[0065] 另外,如图7所示,在进行振幅稳定性控制时,在上述步骤的基础上,可以根据切削力F与新的谐振频率fn,获得新的驱动电压U,通过计算获得新的谐振电流值Ir,并进入下一轮采样循环,从而可以实现超磁致伸缩换能器振幅稳定性控制。
[0066] 综上,超磁致伸缩换能器振幅稳定控制系统适用于不同的超磁致伸缩超声系统,根据不同系统的谐振频率特性曲线,可以设定相应的初始驱动频率、驱动电压、追频电流、追频步长、追频速度和采样时长,以达到最优的跟踪效果,同时可以通过调节初始驱动频率、驱动电压、追频电流、追频步长、追频速度和采样时长,对超磁致伸缩换能器振幅稳定控制系统进行跟踪性能调节。
[0067] 根据本申请实施例提出的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统,可以通过采样模块采集超磁致伸缩超声加工系统的实际电流,利用力反馈测量模块测量超磁致伸缩超声加工系统的力信号,并根据力信号调节谐振电流,通过FPGA模块根据实际电流与谐振电流确定超声电源的驱动频率,利用驱动频率获取目标谐振频率,并根据力反馈测量模块输入的目标切削力和目标谐振频率获得目标驱动电压,以基于目标驱动电压和目标谐振频率对超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制,从而提升了追踪的准确性,并且可以精确、快速地实现频率跟踪和振幅稳定性控制。由此,解决了相关技术中由于超声加工系统的阻抗特性变化,导致超声加工系统的跟踪目标和振动性能实时改变,降低了追踪的准确性,无法精确、快速地实现频率跟踪和振幅稳定性控制的问题。
[0068] 其中,图8为本申请实施例所提供的一种超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法的流程示意图。
[0069] 如图8所示,该超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法包括以下步骤:
[0070] 在步骤S801中,采集超磁致伸缩超声加工系统产生的实际电流。
[0071] 在步骤S802中,测量超磁致伸缩超声加工系统产生的力信号。
[0072] 在步骤S803中,根据力信号调节超磁致伸缩超声加工系统谐振点的谐振电流。
[0073] 在步骤S804中,根据实际电流与谐振电流确定超磁致伸缩超声加工系统中的超声电源的驱动频率,并利用驱动频率获取目标谐振频率,根据目标切削力和目标谐振频率获得目标驱动电压,以基于目标驱动电压和目标谐振频率对超磁致伸缩超声加工系统的超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制。
[0074] 可选地,在本申请的一个实施例中,本申请实施例的方法还包括:将驱动信号进行放大。
[0075] 可选地,在本申请的一个实施例中,本申请实施例的方法还包括:接收用户输入的至少一项频率跟踪参数。
[0076] 其中,在本申请的一个实施例中,至少一项频率跟踪参数包括初始驱动频率、驱动电压、追频电流、追频步长、追频速度和采样时长中的任一项。
[0077] 需要说明的是,前述对超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制系统实施例的解释说明也适用于该实施例的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法,此处不再赘述。
[0078] 根据本申请实施例提出的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法,可以通过采样模块采集超磁致伸缩超声加工系统的实际电流,利用力反馈测量模块测量超磁致伸缩超声加工系统的力信号,并根据力信号调节谐振电流,通过FPGA模块根据实际电流与谐振电流确定超声电源的驱动频率,利用驱动频率获取目标谐振频率,并根据力反馈测量模块输入的目标切削力和目标谐振频率获得目标驱动电压,以基于目标驱动电压和目标谐振频率对超磁致伸缩超声振动换能器进行振幅稳定控制,从而提升了追踪的准确性,并且可以精确、快速地实现频率跟踪和振幅稳定性控制。由此,解决了相关技术中由于超声加工系统的阻抗特性变化,导致超声加工系统的跟踪目标和振动性能实时改变,降低了追踪的准确性,无法精确、快速地实现频率跟踪和振幅稳定性控制的问题。
[0079] 图9为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括:
[0080] 存储器901、处理器902及存储在存储器901上并可在处理器902上运行的计算机程序。
[0081] 处理器902执行程序时实现上述实施例中提供的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法。
[0082] 进一步地,电子设备还包括:
[0083] 通信接口903,用于存储器901和处理器902之间的通信。
[0084] 存储器901,用于存放可在处理器902上运行的计算机程序。
[0085] 存储器901可能包含高速RAM存储器,也可能还包括非易失性存储器(non‑volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。
[0086] 如果存储器901、处理器902和通信接口903独立实现,则通信接口903、存储器901和处理器902可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture,简称为ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component,简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry Standard Architecture,简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线数据总线、控制总线等。为便于表示,图9中仅用一条粗线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0087] 可选地,在具体实现上,如果存储器901、处理器902及通信接口903,集成在一块芯片上实现,则存储器901、处理器902及通信接口903可以通过内部接口完成相互间的通信。
[0088] 处理器902可能是一个中央处理器(Central Processing Unit,简称为CPU),或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit,简称为ASIC),或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
[0089] 本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上的超磁致伸缩超声振动换能器振幅稳定控制方法。
[0090] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0091] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“N个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
[0092] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0093] 在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤,例如,可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表,可以具体实现在任何计算机可读介质中,以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言,"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或N个布线的电连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外,计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质,因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序,然后将其存储在计算机存储器中。
[0094] 应当理解,本申请的各部分可以用硬件软件固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
[0095] 本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0096] 此外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0097] 上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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