目前超声波换能器匹配网络研究和谐振频率自动跟踪是围绕超声波换能器的两个难点问题。由于换能器本身有一个固有的谐振频率，只有在这固有的谐振频率下工作才能使其运行的最稳定，效率最高。而超声波换能器随着温度、环境、元件的老化等因素会导致其谐振频率发生漂移，因此有必要寻求一种能够自动跟踪谐振频率的处理方法，这对超声波换能器高效稳定的运行具有重要现实意义。目前的谐振频率跟踪技术基本上都是采用硬件的跟踪方法。PI数字控制已广泛应用于工业闭环系统中，但鲜见有PI控制在超声波换能器自动追频上的应用。换能器的谐振频率一般都很高，通常在15-30kHz甚至更高的一个的范围，对硬件芯片和采样电路及数字控制系统实现带来了较高的要求。随着DSP、FPGA等高性能芯片的出现，使得超声波换能器的数字化、智能化控制成为现实。为本文提出的基于PI策略的超声波换能器谐振频率自动跟踪的数字控制系统奠定了基础。本文首先从超声波换能器电学等效电路出发，分析了换能器的阻抗特性，并利用Matlab/Simulink仿真平台讨论了不同的匹配方式及参数对系统的机电耦合系数的影响，选择了一种较为合理的匹配网络及参数，为超声波换能器谐振频率自动跟踪实现提供了基础。其次，基于Matlab/Simulink环境下在超声波换能器的系统仿真模型基础上，引入PI模块建立了谐振频率自动跟踪闭环系统的Simulink仿真模型。通过对PI参数的整定，模拟启动和参数扰动两种情况进行研究，仿真结果验证了基于PI控制算法的谐振频率自动跟踪策略的有效性。其后本文基于高性能的TMS320F28335和FPGA相结合的平台，研究了它激式换能器变频电源主电路，将工频市电采用不可控整流桥变为直流电，再采用PWM全控桥逆变为28KHz作用的交流电，经过电感电容匹配电路后施加在换能器上。采用了高频变压器和高频电流互感器获取电压和电流的波形，运用FFT算法分析电流、电压的相位，引入PI算法构成闭环控制系统，从而构建了超声波换能器谐振频率自动跟踪的数字控制系统。最后针对一台实际的换能器，进行了实验验证工作。先通过手动调节频率的方式观察超声波换能器电流、电压相位差的变化，之后在软件中加入PI控制策略，让系统从非谐振频率下通过软件算法自动的跟踪谐振频率，实验结果表明通过PI控制策略能够自动跟踪到换能器的谐振频率。本文研究工作，为超声波换能器谐振频率跟踪提供了一定的参考。