功率超声电源定振幅复合控制方法
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1.西安科技大学电气与控制工程学院;2.西安科技大学机械工程学院

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中图分类号:

TM464

基金项目:

国家自然科学基金(52574206)


Constant-Amplitude Compound Control Method for a Power Ultrasonic Generator
Author:
Affiliation:

1.College of Electrical and Control Engineering,Xi'2.'3.an University of Science and Technology,Xi'4.an;5.College of Mechanical Engineering,Xi'

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    摘要:

    针对移相全桥功率超声电源高振幅启动超调、负载扰动恢复慢及移相指令波动问题,提出霜冰优化算法(rime optimization algorithm,RIME)优化前馈线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的定振幅复合控制。以80%振幅为标定点,基于样机稳态关系构造前馈,采用带宽参数化降低LADRC寻优维数,并由RIME离线整定关键参数。在40 kHz STM32-FPGA样机上对PID、LADRC、FF-LADRC及所提方法进行5次重复试验。结果表明,与PID相比,启动调节时间由(783±12)ms缩短至(290±5)ms,超调量由(4.81±0.16)%降至(0.42±0.03)%,负载恢复时间由(690±16)ms缩短至(200±5)ms,最大反馈跌落由(1 184±25)cA降至(411±10)cA;60%~80%工作点局部扰动试验仍保持较好的抗扰性能。RIME仅用于离线寻优,在线无需增加智能优化迭代及额外硬件,重复试验离散程度较小;不同振幅从零启动试验进一步给出了固定前馈的适用边界。所提方法具有较好的工程实现可行性。

    Abstract:

    To reduce high-amplitude startup overshoot, slow load-disturbance recovery, and phase-shift-command fluctuation in a phase-shifted full-bridge power ultrasonic generator, a constant-amplitude control method combining feedforward LADRC with RIME is proposed. At the 80% amplitude setpoint, the feedforward term is obtained from prototype steady-state calibration, while LADRC bandwidth parameterization reduces the tuning variables and RIME optimizes them offline. Five repeated prototype tests are conducted on a 40 kHz STM32-FPGA platform. Compared with PID, the proposed method reduces startup settling time from (783 ± 12) ms to (290 ± 5) ms, overshoot from (4.81 ± 0.16)% to (0.42 ± 0.03)%, load-disturbance recovery time from (690 ± 16) ms to (200 ± 5) ms, and the maximum voltage-feedback drop from (1 184 ± 25) cA to (411 ± 10) cA. Tests at 60%–80% operating points retain good disturbance-rejection performance. RIME is used only for offline tuning, requiring neither online intelligent optimization nor additional hardware, and the repeated tests show small dispersion. Cross-operating-point startup tests further identify the applicability boundary of fixed feedforward, demonstrating good engineering feasibility.

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引用本文

刘宁庄,亢文静,田海波. 功率超声电源定振幅复合控制方法[J]. 科学技术与工程, , ():

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  • 收稿日期:2026-06-17
  • 最后修改日期:2026-09-24
  • 录用日期:2026-09-29
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