医疗超声刀因具有出血少、热损伤小、术后恢复快等特点,已被广泛应用于各种医疗手术中。国内超声刀领域起步比较晚,在核心关键技术方面与国外相比仍有较大的差距,超声刀手术设备常年被国外企业垄断,使得国内的超声刀手术医疗成本高。同时,超声刀在实际应用中存在输出效率低,稳定性也有待提高等问题。因此,本文设计了高可靠、低成本的软组织超声刀主机与控制系统,实现国产替代,主要从以下四个方面进行论述:首先,分析超声换能器的特性以及功率控制的被控对象。通过等效电路模型对换能器阻抗与相位特性进行分析,结合信号发生与放大电路以及整流电路,对功率控制被控对象进行建模,为后续控制器的设计提供理论依据。其次,设计超声刀主机系统的电路。根据医疗安全通用要求,在超声刀主板中设计了非隔离区与隔离区,非隔离区包括主控芯片电路、BUCK电路、信号发生与放大电路以及推挽逆变放大电路,用于产生频率与幅值可调的超声正弦信号;隔离区包括主控芯片电路、信号测量电路以及刀头通信电路,信号测量电路检测超声换能器的工作电压、电流以及相位信号,刀头通信电路读取刀头按键电路中的按键信号以及存储信息,而隔离区的主控芯片将获取的数据通过通信隔离电路发送到非隔离区,作为超声刀频率与功率闭环控制的反馈信号以及档位控制信号。然后,设计超声刀主机的控制系统。根据超声换能器的相位变化特性,设计基于PI（Proportion-Integral）控制算法的频率控制系统,实现对串联谐振频率的有效跟踪;设计基于被控对象的简化模型的自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control,ADRC）算法,对超声换能器的工作功率进行控制,通过仿真实验对控制器的参数特性进行分析。最后,完成超声刀主机系统的实现以及实验验证。搭建实验测试平台,实验包括硬件电路性能测试、频率跟踪控制与功率控制效果测试。利用示波器捕捉关键电路信号,验证硬件电路设计的可行性;设计带载实验分析控制算法中不同参数对控制效果的影响;通过切割肌肉组织、脂肪与血管测试超声刀主机系统的切割与止血效果。实验结果表明,超声刀主机系统的功率调节时间可控制在500ms以内,控制误差小于5%;在带载情况下频率控制效果较好,相位误差小于5?;可实现多个档位的切割功率控制,能够满足闭合3mm血管的要求。