随着各种硬脆材料以及复合材料应用的发展,传统加工方式很难对这些材料进行加工的问题不断被提出。近年来,国内外的研究表明,采用超声波换能器的旋转超声加工是加工这些材料的一种有效方法。但是在超声加工系统工作时,超声换能器的谐振频率会发生漂移。为了使超声加工的效果显著,必须保证超声加工系统输出超声电信号的频率始终处于超声换能器的谐振频率点附近,否则将会使系统降低超声加工能力。本文研究超声加工频率跟踪模型与性能优化的目的就在于使超声加工系统输出的超声电信号实时、快速、准确地跟踪上超声换能器的谐振频率。针对换能器在谐振频率附近的等效电学电路,建立超声换能器的电学阻抗模型。在此基础上分析超声换能器谐振频率与各参数的关系。利用其电学阻抗模型,分析不同驱动频率对超声换能器两端电压与流过电流相位差的影响。同时利用PLL锁相法对系统进行频率跟踪,控制方法分为两种:PID控制、模糊自适应PID控制,并分别进行分析与比较,分别对两种控制方法进行实验验证。针对超声加工系统在加工时出现的超声换能器谐振频率漂移问题,通过研究换能器在谐振频率处的等效电路,建立换能器以及刀柄的阻抗模型,并推导各个参数与阻抗模型的关系式。在此基础上设计频率跟踪控制器,得到满足加工要求的超声加工频率跟踪控制系统。以超声加工刀柄为研究对象,以实现超声波发生器跟踪刀柄谐振频率为目标,对超声加工刀柄进行电学建模与相位特性研究,并对控制器进行设计。得到的成果有:超声换能器和超声刀柄的精确模型,两者的谐振频率与各个变量的关系式,宽频率扫频方法的改良,适合超声加工系统频率跟踪的PID控制器以及控制效果更好的模糊自适应PID控制器。优化超声加工系统频率跟踪的性能,使系统跟踪超声换能器谐振频率更加快速、精确。