基于STM32的超聲相控陣電源系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、現(xiàn)代超聲技術與國民經濟的聯(lián)系越來越緊密,其廣泛應用于機電、冶金、化工、生物、環(huán)保、農業(yè)、海洋等重要相關領域。目前，國內外超聲波電源系統(tǒng)的研究多數(shù)側重于變頻率、變功率、阻抗匹配、頻率自動跟蹤以及智能控制等方面，且多數(shù)為單個換能器，而應用于超聲聚焦、超聲懸浮和機械工程“內加工”領域研究的專用超聲波電源系統(tǒng)較少，同時利用超聲相控陣技術實現(xiàn)大功率超聲聚焦應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)研究與設計

2、，通過STM32F4控制相控陣信號的時延，進而控制換能器陣列實現(xiàn)小功率、多頻率的超聲聚焦，從而為機械工程領域“內加工”加工理論的應用研究提供能量保障。
　　本文以實現(xiàn)超聲波的多頻相控陣聚焦為目標，以實際制作的超聲相控陣電源系統(tǒng)實驗平臺為研究對象，在電源系統(tǒng)實驗平臺研制過程中，研究超聲相控陣電源系統(tǒng)的多頻信號產生、高頻信號功率放大、以及如何良好的實現(xiàn)多頻信號相控聚焦等問題，論文的研究內容如下：
　?。?）首先對相控陣超聲聚焦技

3、術進行理論分析，通過對超聲陣列換能器進行合適的相位控制，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，運用MATLAB進行一維同頻相控陣列聚焦仿真實驗。然后根據(jù)已有相控聚焦理論和仿真實驗結果，對多頻相控陣超聲電源系統(tǒng)的具體實現(xiàn)做出可行性分析，并確定相控陣超聲電源系統(tǒng)的總體設計方案。
　?。?）對相控陣超聲電源系統(tǒng)的硬件電路部分進行研究和設計，將硬件部分劃分為多個子模塊進行研究?？刂葡到y(tǒng)中主要研究控制系統(tǒng)

4、如何協(xié)調各子系統(tǒng)的資源分配以及各進程間的運行。調壓整流模塊中主要研究如何實現(xiàn)直流供給電壓的可調，從而保證電源系統(tǒng)的輸出功率的可調性。信號發(fā)生及功放模塊主要研究如何利用16個DDS模塊實現(xiàn)32路高精度的PWM信號，以及高頻逆變電路和相關驅動電路的實現(xiàn)。阻抗匹配模塊主要研究采用何種匹配方式以及如何實現(xiàn)優(yōu)良的阻抗匹配。反饋系統(tǒng)主要研究如何通過反饋系統(tǒng)的電壓和電流的相位采集與處理實現(xiàn)電源系統(tǒng)的實時反饋控制。
　　（3）根據(jù)相控陣超聲電源系

5、統(tǒng)的硬件電路對電源系統(tǒng)的軟件算法部分進行設計，具體對主程序軟件、晶閘管調壓模塊算法、DDS信號模塊軟件、反饋系統(tǒng)實時控制算法、系統(tǒng)軟件保護以及超聲相控陣列多頻聚焦算法等軟件算法部分進行了設計。其中對多頻相控聚焦過程中的相位延時和信號的精度進行了詳細的研究，針對可能發(fā)生的聚焦時延問題，進行了相關算法的優(yōu)化。
　　（4）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，需要進行一系列的實驗，針對實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題需要及時進行