单向步进式超声波电机是一种新型驻波型电机,它不仅具有驱动简单、步进式运动等一般超声波电机不具有的特点,而且有体积小、低速大转矩等优点。本文主要研究单向步进式超声波电机的工作特性及其驱动控制方案,实现基于DSP的单向步进式超声波电机的驱动控制。本文简要地介绍了超声波电机及其发展与应用,概述了步进式超声波电机、定子阻抗特性测试和驱动技术的研究现状。分析了单向步进式超声波电机的结构及运行原理,研究了定子振动模型、电机推力模型及电学等效模型,搭建工作电压下的阻抗特性测试平台,测试电机的输出性能,并在理论模型基础上研究定子在不同驱动电压下的阻抗特性以及不同激励信号频率下的定子振幅。结果表明,不同电压驱动下定子阻抗特性区别很大,随着电压幅值的增大,共振频率和反共振频率都会随之减小。此外,电机的最佳工作频率为74kHz,100Vpp驱动电压下定子振幅达到最大值0.47μm,并根据输出性能测试结果确定电机步进控制电压策略。电机驱动电路设计中,主要对推挽式变压器进行了研究,在有限元软件Ansoft Maxwell中搭建变压器模型,连接电机等效电路进行仿真。仿真结果表明,改变变压器磁芯气隙对其漏感没有影响,而不同的变压器匝数比、绕组气隙变化都对变压器漏感有很大影响。仿真发现电机的阻抗匹配要求的电感值需达到1.24mH,而PQ2020型变压器漏感无法达到该值,需要在电路中串联电感来满足匹配要求。应用DSP TMS320F28335主要功能模块,设计单向步进式超声波电机的驱动控制系统,设计PWM波产生模块、电压电流采样模块以及步进式控制、频率跟踪程序。实验测试结果证明电机能够实现步进运行,步距角为45°,无失步现象,同时在频率跟踪运行时,系统可以跟踪频率漂移,控制电机转速在一定范围内,保证电机输出性能基本稳定。与同类型步进电机相比,本文研究的新型结构的步进电机兼具体积小,转矩大和驱动方式简单的优势,具有极高的可扩展性。其驱动控制系的研究为该电机的进一步发展应用提供了研究基础。