题目：超声波电源自动频率跟踪的研究与设计

超声加工是把超声振动能量使物质的某些物理、化学特性或状态发生瞬间变化的原理，应用于材料加工的一种技术，超声电源是超声加工装置的重要组成部分，而频率跟踪则是超声波电源的一个非常重要的特性。频率跟踪是利用反馈技术自动调节发生器的振荡频率，使它能够随着换能器谐振频率的变化而改变，以便保持振动系统处于谐振状态，获得最大振幅。自动频率跟踪系统按反馈信号的获得方法，可以分为声反馈系统和电反馈系统，电反馈又可分为电流反馈法、阻抗电桥法和锁相环法三种。但上述方法都不能实现快速、精确的频率跟踪锁定。随着现代科技的发展，对信号源又提出了越来越高的要求，如要求信号源的频带宽、分辨率高、稳定度高、相位噪声和杂散很低、能程控等等。单纯使用某种频率跟踪系统，都会因其负面缺陷的存在而影响频率跟踪效能。为此，各种复合控制理论应运而生。
论文从超声技术应用出发，论述了压电超声换能器的工作原理和重要性能参数。在分析超声换能器频率跟踪基础上，对锁相环频率跟踪进行了详细的分析与研究。针对锁相环频率跟踪范围较窄、过渡时间长、突加大负载扰动时，容易出现环路失锁而引起系统振荡等缺陷。提出了一种基于直接数字合成技术（DDS）与数字锁相环（DPLL）相结合的复合控制方案。即利用直接数字频率合成技术相位分辨率高、频率范围宽、转换时间短、控制灵活等特点，实现频率粗调，利用DPLL技术稳定精度高、锁相性能好的优点实现频率精调的策略，建立复合控制的频率跟踪系统。文中具体分析了DDS的结构、工作原理和DPLL的构成、稳定性及其频率跟踪的实现，设计了复合控制的软件流程。并在此基础上进行了仿真实验，结果表明这种超声波电源的复合控制频率跟踪系统，具有跟踪速度快和高精度的稳定性能，可实现振动系统的稳定、高效运行，提高电源效率。论文研究与设计为类似的超声波电源自动频率跟踪设计提供了有益的参考。