基于STM32的超聲相控陣電源系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、現(xiàn)代超聲技術(shù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的聯(lián)系越來(lái)越緊密,其廣泛應(yīng)用于機(jī)電、冶金、化工、生物、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、海洋等重要相關(guān)領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外超聲波電源系統(tǒng)的研究多數(shù)側(cè)重于變頻率、變功率、阻抗匹配、頻率自動(dòng)跟蹤以及智能控制等方面，且多數(shù)為單個(gè)換能器，而應(yīng)用于超聲聚焦、超聲懸浮和機(jī)械工程“內(nèi)加工”領(lǐng)域研究的專用超聲波電源系統(tǒng)較少，同時(shí)利用超聲相控陣技術(shù)實(shí)現(xiàn)大功率超聲聚焦應(yīng)用研究的超聲波電源系統(tǒng)也較少?；诖?，本文提出基于STM32的超聲相控陣電源系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

2、，通過(guò)STM32F4控制相控陣信號(hào)的時(shí)延，進(jìn)而控制換能器陣列實(shí)現(xiàn)小功率、多頻率的超聲聚焦，從而為機(jī)械工程領(lǐng)域“內(nèi)加工”加工理論的應(yīng)用研究提供能量保障。
　　本文以實(shí)現(xiàn)超聲波的多頻相控陣聚焦為目標(biāo)，以實(shí)際制作的超聲相控陣電源系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為研究對(duì)象，在電源系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制過(guò)程中，研究超聲相控陣電源系統(tǒng)的多頻信號(hào)產(chǎn)生、高頻信號(hào)功率放大、以及如何良好的實(shí)現(xiàn)多頻信號(hào)相控聚焦等問(wèn)題，論文的研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）首先對(duì)相控陣超聲聚焦技

3、術(shù)進(jìn)行理論分析，通過(guò)對(duì)超聲陣列換能器進(jìn)行合適的相位控制，得到靈活可控的合成超聲波束。根據(jù)相控聚焦理論，選擇合適的單一頻率的超聲波，運(yùn)用MATLAB進(jìn)行一維同頻相控陣列聚焦仿真實(shí)驗(yàn)。然后根據(jù)已有相控聚焦理論和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)多頻相控陣超聲電源系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)做出可行性分析，并確定相控陣超聲電源系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。
　?。?）對(duì)相控陣超聲電源系統(tǒng)的硬件電路部分進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，將硬件部分劃分為多個(gè)子模塊進(jìn)行研究?？刂葡到y(tǒng)中主要研究控制系統(tǒng)

4、如何協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的資源分配以及各進(jìn)程間的運(yùn)行。調(diào)壓整流模塊中主要研究如何實(shí)現(xiàn)直流供給電壓的可調(diào)，從而保證電源系統(tǒng)的輸出功率的可調(diào)性。信號(hào)發(fā)生及功放模塊主要研究如何利用16個(gè)DDS模塊實(shí)現(xiàn)32路高精度的PWM信號(hào)，以及高頻逆變電路和相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)。阻抗匹配模塊主要研究采用何種匹配方式以及如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的阻抗匹配。反饋系統(tǒng)主要研究如何通過(guò)反饋系統(tǒng)的電壓和電流的相位采集與處理實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋控制。
　?。?）根據(jù)相控陣超聲電源系

5、統(tǒng)的硬件電路對(duì)電源系統(tǒng)的軟件算法部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體對(duì)主程序軟件、晶閘管調(diào)壓模塊算法、DDS信號(hào)模塊軟件、反饋系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制算法、系統(tǒng)軟件保護(hù)以及超聲相控陣列多頻聚焦算法等軟件算法部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其中對(duì)多頻相控聚焦過(guò)程中的相位延時(shí)和信號(hào)的精度進(jìn)行了詳細(xì)的研究，針對(duì)可能發(fā)生的聚焦時(shí)延問(wèn)題，進(jìn)行了相關(guān)算法的優(yōu)化。
　?。?）在電源系統(tǒng)的硬件電路部分研制和軟件算法部分的編寫完成之后，需要進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題需要及時(shí)進(jìn)行