超声电机是近三十年发展起来的一种全新原理的电机，它利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化成电机定子的微观振动，定子再将微观机械振动共振放大、叠加，通过摩擦驱动转子（或动子）宏观转动（或直线运动）。同传统电磁电机相比，超声电机具有结构简单、设计灵活、大力矩、低速、响应速度快、定位精度高、断电自锁和无电磁干扰等特点，在航空航天、光学仪器、机器人、半导体制造、医疗器械、办公自动化和汽车等领域具有广阔的应用前景。但超声电机工作过程中涉及压电陶瓷片的高频振动和摩擦驱动等非线性因素，超声电机非线性建模和高精度控制仍是一个难点。目前超声电机控制模型以单变量、线性系统为主，控制策略以一种或多种不需数学模型的PI、自适应、模糊、神经网络控制为主，难以实现超声电机的高精度控制。本文采用辨识方法建立了超声电机多变量非线性模型，用两步法广义预测控制实现了超声电机速度控制。　　 针对超声电机输出速度与驱动频率、相位差和电压具有很强的非线性，很难建立完整而精确的数学模型并用于高精确控制的问题，提出将超声电机非线性模型分解为一个稳态非线性环节和一个动态线性环节组成的Hammerstein模型，旋转超声电机Hammerstein模型以超声电机两相驱动电压的频率、相位差和幅值为输入，电机速度为输出的三输入单输出系统。为了辨识驱动电压频率、相位差和幅值与超声电机稳态速度的关系，提出采用均匀设计进行实验设计，通过对电机稳态速度和阶跃响应的辨识，建立了旋转超声电机多变量非线性Hammerstein模型，验证了该模型的有效性。并用同样的方法建立了直线超声电机的多变量非线性模型。　　 基于建立的旋转超声电机非线性Hammerstein模型，提出采用两步法广义预测控制方法，对旋转超声电机的两步法广义预测控制进行了理论推导，并进行单变量、双变量和三变量速度控制仿真，仿真结果表明该算法能够准确地跟踪设定速度，说明超声电机广义预测控制方法用于超声电机控制是可行性。　　 通过实验测量了旋转超声电机Hammerstein模型稳态非线性环节的稳态速度、动态线性环节的阻尼系数和无阻尼振荡频率的摄动范围，在电机Hammerstein模型参数摄动范围内，整定了两步法广义预测控制算法的控制参数，从理论上分析旋转超声电机两步法广义预测控制系统的稳定性，并分别进行超声电机单变量、多变量速度控制仿真，理论分析和仿真结果表明，当采样周期T=0.4ms，预测时域长度n=8，控制时域长度m=3，控制加权系数λ=0.35，柔化系数a=0.1时，Hammerstein模型参数在大范围内摄动时，两步法广义预测控制器能够准确地跟踪设定速度的变化，证明了超声电机两步法广义预测控制的稳定性。　　 构建了基于TMS320F2812 DSP控制器的旋转超声电机控制系统，采用辨识的Hammerstein模型和整定的两步法广义预测控制参数，在构建的DSP控制平台上，实现了旋转超声电机的单变量调频、调相广义预测控制，从实验结果可知，设定速度是正弦波或方波时，调频和调相两步法广义预测控制都取得了很高的控制精度。说明将超声电机非线性模型分解为一个稳态非线性环节和一个动态线性环节组成的Hammerstein模型，并用均匀设计方法进行实验设计辨识超声电机Hammerstein模型可行，同时也说明整定的两步法广义预测控制参数用于实际控制可行。　　 最后，采用Prony算法对不同驱动条件下的旋转超声电机动态模型进行辨识，并进行模型降阶，得出旋转超声电机的动态模型可以简化成一个带纯延迟、具有两个共轭复零点的二阶系统，并分析了驱动频率、相位差和电压幅值对超声电机动态性能的影响。