Al-Si合金材料因其质量轻、强度高和导热性、流动性好等优点,广泛的应用于诸多领域。根据分析,铝合金中溶解的气体有85%为氢气,熔体的“含气量”可近似等同于“含氢量”。由于液态Al-Si合金的氢溶解度较高,当熔体冷却至固态时,氢溶解度将大大降低,从而过饱和的氢将释放,在铸件内部形成分散性的细小气孔,致使铸件的力学性能、抗疲劳性能、耐腐蚀性、延展性均大大降低。因此,除气(去氢)是增强Al-Si合金的综合机械性能的主要措施。本文为优化精炼品质,提高氢净化率,主要内容如下：(1)分析了Al-Si合金熔体中氢的动力行为。通过在滨州活塞公司进行的BH122A牌号的Al-Si合金精炼后回氢规律测定实验,验证了氩气搅拌除气后的回氢规律。为减少熔体回氢,进一步提高氢净化率,确定了基于超声振动的二次除气方法；(2)通过对Al-Si合金熔液中声场规律的研究,确定了工具杆下方的声压场分布场；通过对空化阈值特性的研究,确定了有效空化作用范围,此外,通过对瞬态空化与稳态空化规律的研究,确定了在熔体去氢过程中稳态空化将起到重要作用,为气泡上浮模型的建立提供了必要条件；(3)气泡的生长与上浮规律,是影响Al-Si合金熔体除气效果的关键因素。基于Rayleigh-Plesset二阶微分方程对气泡生长规律进行了研究。考虑由于超声除气的过程中气泡将不断上浮,本文基于Rayleigh-Plesset方程与Stocks模型,建立了气泡上浮全程气泡壁运动的模型；(4)利用Matlab对气泡上浮全程气泡壁运动的模型进行了仿真研究：以气泡的半径变化倍数、上升时间及振荡剧烈程度(以气泡半径最大值与最小值的差值来描述)等为考核数据,通过不同高低频施振频率与施振时间下与超声独立施振作用下仿真结果的对比研究结果表明：协同振动下气泡上浮时间可缩短28.8%,振荡更为剧烈,从机理上证明了提高去氢效果的有效性；(5)本文以压电陶瓷超声换能器为高频振源,超磁致伸缩换能器为低频振源,为使GMA振动系统在10-50Hz内可控,产生稳定的正弦波形。本文基于经典P-I模型,结合相角补偿模型,建立了动态复合前馈补偿系统,相角补偿结合改进型P-I模型的控制方法提高了P-I模型的适用频域,迟滞补偿实验表明该控制方法可有效减小迟滞系统的非线性误差,但在高频情况下,模型精度会受到一定影响。实验结果表明,最大误差容易产生在滞环的拐点附近,即信号的极值点附近。为Al-Si合金超声与低频结合振动除气,提供了可行的控制方案与理论基础。本文主要创新点如下：(1)补充以前研究的局限。基于Rayleigh-Plesset方程与Stocks模型,建立了气泡上浮全程的运动的模型；(2)利用Matlab进行了仿真研究,通过高低频结合施振与超声独立施振作用下气泡的半径变化倍数,上升时间,振荡剧烈程度的对比,确定更有利于气泡的上浮和振荡的高低频振动优化参数组合(功率、频率、作用时间)；(3)基于经典P-I模型,结合相角补偿模型,建立了GMA动态复合前馈补偿系统,相角补偿结合改进型P-I模型的控制方法提高了P-I模型的适用频域,有效改善了低频振动的波形。研究结果的意义：(1)本文研究了Al-Si合金的去氢机理,提出的声场作用下的气泡上浮模型能直观体现声波对气泡的激励作用,对于了解声波除气的机理和本质有一定的理论意义。(2)本文提出的GMA控制方法,能显著改善振源波形,为搭建高低频复合振动,提供了有效的控制方法,具有一定的应用意义。