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功率超聲加工技術是當前超聲加工領域的一個重要分支。由于其工作環境復雜，超聲波換能器的諧振頻率在加工過程中經常發生漂移，從而影響加工質量。針對這一問題，中北大學的成志婕研究團隊設計了一種超聲波發生器的頻率自動跟蹤系統。

研究團隊基于Mason等效電路理論建立了帶負載的超聲加工系統頻率方程，得到了帶負載換能器諧振頻率與調頻電感的關系模型。根據理論分析結果，他們制定了復合頻率跟蹤方案，并設計了相應的硬件電路和軟件程序以實現超聲波發生器頻率的自動跟蹤功能。

主要研究內容包括：對超聲波換能器的調頻特性進行了理論分析；基于Mason等效電路，建立了換能器頻率特性方程，并選擇了串聯諧振點作為超聲加工系統的工作頻率點；結合換能器的諧振特性，得到了超聲波換能器負載、調頻電感和諧振頻率的關系表達式。

基于理論分析的結果，研究團隊制定了復合頻率跟蹤方案，該方案可以有效解決帶不同工具桿負載換能器諧振頻率漂移的問題，同時保證超聲加工系統的工作性能。他們還根據所需匹配換能器的參數對超聲波發生器的硬件電路進行了設計選型和仿真，并編寫了主程序、頻率跟蹤子程序和人機交互程序三部分軟件程序。

為了實現電氣隔離，成志婕將超聲波發生器分為主電路系統和頻率自動跟蹤系統兩大部分。主電路系統是大電流工作板，主要負責將220V/50Hz的市電整流濾波為直流電，并將該直流電逆變為超聲頻交流電；頻率自動跟蹤系統是小電流工作，對換能器的諧振頻率進行搜索跟蹤。

研究團隊搭建了頻率自動跟蹤系統試驗平臺，并基于該平臺設計了換能器調頻特性分析試驗和頻率自動跟蹤系統頻率跟蹤效果試驗。結果表明，在匹配回路中加入調頻電感可以有效補償負載對換能器諧振頻率的影響；所設計的頻率自動跟蹤系統具有良好的跟蹤性能。