练圣哲，王 忠

(四川大学 电气工程学院，成都 610065)

0 引 言

超声换能器工作在谐振状态时的输出功率最大，因此，阻抗匹配技术和频率跟踪技术成为换能器工作于谐振状态的两个关键技术[1]。超声技术正是利用这一原理产生超声波。受换能器负载变化、老化等诸多因素的影响，换能器的动态或静态参数会发生变化，导致换能器处于失谐状态。因此，为了使超声换能器长期工作于谐振状态，对换能器的频率跟踪成为超声研究领域的一大热点问题。

胡武林、刘丽晨等人使用PI-DDS算法实现对频率的跟踪[2-3]，这种跟踪方法速度快，性能好，但跟踪范围较小。李夏林、屈百达等人采用模糊控制算法实现对频率的跟踪[4-5]。成贵等人采用极大似然估计方法对换能器的参数进行估计，进而实现对频率的跟踪，这种跟踪算法的采样局限性可导致参数不准确[6]。左传勇等人基于最小电流法和相角差互补的方法，对频率进行变步长跟踪[7]。夏旭峰、黄秋霖等人提出基于模糊PI的频率跟踪算法[8-9]，但由于模糊语言清晰化的设计不足，初始频率只能通过快速扫频的方式实现[10]。彭呈祥等人提出的二分法、李长有等人提出的变步长扫频方法虽然解决了扫频问题，但是扫频速度过慢且未解决错误扫描到并联谐振的问题[11-12]。苏文虎、范伟等人提出的动态步长宽频带快速搜索与跟踪算法，实现了对频率的搜索与跟踪[13-15]。

本文提出一种指数化模糊PD频率快速搜索算法。该算法基于电压电流相角差及其变化率的特征，根据模糊控制规则来识别换能器的工作状态，进而调节步长。……