[發明專利]一種利用空化強度反饋的超聲分散控制裝置

有效

• 申請號: 201710133364.0
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN106950832B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 孔亞廣;劉威;張旭
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B01J19/10;B06B1/02
• 代理公司: 33240 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 杜軍

1.一種利用空化強度反饋的超聲分散控制裝置，其特征在于：包括控制器、超聲波電源、超聲空化強度測量儀、換能器和超聲振動子；

所述的控制器的控制信號端與超聲波電源的控制信號輸入端連接，超聲波電源的電源輸出端與每個換能器的電源輸入端連接，每個換能器的信號輸出端接超聲振動子，超聲振動子插入到化學超聲反應釜中，超聲空化強度測量儀設置在化學超聲反應釜中，化學超聲反應釜的信號輸出端接控制器的信號輸入端；

所述超聲波空化強度測量儀將檢測出的超聲空化強度作為外環反饋信號提供給控制器；

所述控制器基于如下控制算法進行運算，輸出設定振幅信號Asp給超聲波電源；

E₀＝f(R)-H

Asp＝Kp₀*E₀+Ki₀*Sum(E₀)

其中R為功率超聲系統所希望的產率，f為基于離線方式獲取的產率與空化強度的關系函數，H為上述的外環反饋信號；Kp₀為比例系數，Ki₀為積分系數；Sum(x)為過去一段時間內x的累積和函數，E₀為空化強度偏差，Sum(E₀)為過去一段時間內E₀的累積和；

所述超聲波電源接收來自控制器的振幅設定信號以及來自換能器的電流反饋和相位反饋信號，依照如下控制算法輸出驅動電壓的幅值和頻率；

頻率控制算法如下：

其中，freq_out為輸出驅動電壓的頻率，Kp₁為比例系數，Δ_phase為相位反饋信號；

同時在實施過程中，為避免頻率調整幅度過大進入正反饋區域，當連續調整三次頻率后，若此時檢測出的相位仍沒有變小，則將系統輸出頻率恢復為調整前的值，重新進行跟頻；

振幅控制算法如下：

首先從獲取的離線數據中基于最小二乘或神經網絡獲得換能器端電流與振幅的軟測量函數g；

然后在線檢測換能器端電流I，計算設定振幅與計算振幅的偏差E₁

E₁＝Asp-g(I)

再次根據比例積分方法輸出系統占空比U

U＝Kp₂*E₁+Ki₁*Sum(E₁)

其中Kp₂為比例系數，Ki₁為積分系數；

所述換能器接收到超聲波電源的驅動電壓后，產生高頻機械振動，從而經超聲振動子在反應裝置內產生空化效果，從而使反應產率達到期望的值。