将功率超声加入传统加工方式当中,能够显著提高加工效率和改善材料加工的质量。但在实际超声加工过程中,超声波电源负载变幅杆会受到高温、各向负载力的影响,超声加工系统的谐振频率会因此产生大幅度漂移。为保持超声加工系统工作时处于谐振状态,需要超声电源输出信号频率与压电换能器的串联谐振频率相同,同时对换能器及时匹配,增大压电换能器的机电耦合系数,这要求超声波电源必须具备一定程度的自动化程度。但现有的超声波电源大多存在频率跟踪困难、电路匹配不及时以及输出功率不能调整的等问题。特别地,目前对于换能器在不同温度或者负载力下的研究还是不够深入,无法为超声电源的设计提供一定的借鉴和指导性的作用。为了解决上述问题,本文进行了以下几个方面的研究工作:a.基于Mason等效电路理论和声弹性理论,建立了轴向负载力与压电换能器谐振频率之间的数学模型,验证了实验中轴向负载力与换能器频率的关系。探究了不同负载力下压电换能器电压、电流随输入电信号频率的变化情况,归纳电压、电流相位差随输出频率上升或轴向负载力增大的变化规律。b.研究了不同温度对于压电换能器电学特性的影响,并对实验结论进行了理论分析,结合轴向压力对压电换能器电学特性的影响,为后续实现超声电源的频率跟踪功能提供理论基础。c.针对旋转超声变压器非接触式能量传输的传统理论模型,考虑旋转变压器主副边线圈中存在的分布电容,通过数学公式推导,形成更加完善的数学模型。该数学模型使补偿元件数值和能量传输效率的理论值更加的精确。d.利用模块化的方式设计研制智能超声波电源,将其硬件分成五大模块,方便在不同的应用场景中实现差异性的功能。e.基于对压电换能器在不同轴向负载力和温度的实验研究结论以及理论分析,提出超声电源全程频率搜索和软件锁相环分步实现谐振频率搜索跟踪的方式,进一步设计了相应的实现程序,并通过实验进行了论证。f.基于MFC类库,设计了智能超声电源的人机交互界面,实现了对整个超声加工系统的运行状况监测,可以实时调整输出电信号和匹配电路。