基于DU-PLL的超声波功率源复合频率跟踪控制

高频超声波功率源谐振频率跟踪控制无法同时实现大范围、高精度跟踪是目前工程中普遍存在的一个问题。本文从理论上分析了等效阻抗与谐振频率的关系以及换能器失谐的原因。在此基础上，提出了一种基于PI控制和微分环节锁相环(DU-PLL)相结合的复合频率跟踪控制方法。该方法通过电流采样判断频率失谐范围，当失谐范围小于设定阈值时，直接由DU-PLL进行精确跟踪，当失谐范围超出设定阈值时，则由PI控制进行快速调谐至误差允许范围内，再由DU-PLL进行精确跟踪。Simulink仿真结果表明，本文方法具有很好的动态性能，能够实现高精度的频率跟踪功能。设计了2.5 kW、1.1 MHz的超声波功率源验证提出的控制方法，实验结果表明本文方法能及时调节功率源的工作频率，克服了分布参数的影响，提高了功率源的工作效率。