超声换能器设备凭借着自身优势在现代工业及生活中有着极为普遍的应用场景,比如:超声切割、超声焊接、超声清洗等。超声换能器的工作过程中,通常为了获得更高的输出功率从而提高效率,必须使得换能器振动系统在整个工作过程中维持在谐振状态,即要求换能器驱动电源的驱动频率和超声换能器自身的谐振频率保持一致。然而在实际生产或者是工业过程中,换能器工作环境温度的波动、换能器磨损等等其他因素,都会致使超声换能器自身谐振频率在一定程度上发生漂移;同时,过大的过冲电流、过长的响应时间以及较长的硬件设计周期也是亟待解决的问题。因此如何从软件上快速、准确地实现自动跟踪谐振频率,从硬件上缩短设计周期是超声换能器研究工作的核心。本文从频率自动跟踪角度出发,以STM32微控制器为主控核心,结合Alter公司FPGA（现场可编程门阵列器件）开发板,设计并分别从软硬件角度验证了超声换能器的Fuzzy-PID频率自动跟踪算法的优越性。本文的研究内容主要包括:1.讨论研究了超声换能器在谐振频率点附近的阻抗性能,确定了换能器闭环控制的反馈信号量;对现有换能器频率跟踪原理和换能器多峰值进一步分析,确定了基于最小电流和基于电压电流相位差相结合的频率自动跟踪方案,使得整体的软件架构具有通用性,能够对不同换能器进行频率自动跟踪。2.针对现有换能器频率跟踪算法存在的不足,设计了Fuzzy-PID频率自动跟踪算法,利用模糊算法和增量式PID算法的综合控制策略,减小了冲击电流,并且从软件上实现了频率自动跟踪的快速、准确跟踪。3.针对现有换能器瞬间冲击电流过大的问题,利用MATLAB的工具箱设计了本文所需的模糊控制器,选取二维模型,针对性地将反馈电流、电流变化率设置成模糊控制器输入量,降低了换能器启动时过大的冲击电流,防止换能器由于过大的瞬间电流而受损。4.利用FPGA设计并产生两路对称PWM波,充分利用现场可编程门阵列器件自身的优点,从硬件上高度加强了系统的可扩展性,缩短了系统硬件的设计和修改周期。5.搭建了换能器频率自动跟踪系统的实验平台并进行了调试,验证了Fuzzy-PID算法的优越性和FPGA电路的有效性。实验结果表明,与传统的PID控制相比,Fuzzy-PID综合控制策略可以减小过冲电流,缩短整个系统到达谐振的时间;从速度和准确性两个角度保证了整个频率自动跟踪的过程。除此之外,FPGA的引入使得PWM波这个模块硬件设计的可扩展性得到了很大程度上的提升,同时也极大程度上减短了硬件架构的设计和更改周期。