超声波电机是多学科交叉的产物，涉及到机械、声学、振动、材料、摩擦、电力电子及自动控制等多个学科领域。论文选择应用前景较好的圆柱定子直线超声波电机为研究开发对象，运用超声波电机振动理论和振动有限元分析方法，围绕电机设计、运动机理、数学模型、实验测试和驱动控制进行系统研究。 本文从以下几方面进行论述： 系统总结超声波电机研究的分类和应用，重点论述圆柱定子超声波电机和直线超声波电机的发展趋势，并在此基础上提出了本论文选题的意义，明确本文的研究内容。 从压电陶瓷的压电效应、四类压电方程、振动模态以及机电耦合特性出发，分析了圆柱定子直线超声波电机的工作机理，从理论上推导定子驱动足的运动轨迹，并得出驱动足最佳位置和最佳激励相位差。 设计了一台采用圆柱定子结构的弯纵复合直线超声波电机，并阐述其结构和工作原理。通过合理设计同支结构得出电机定子的振型，并设计定子的固支机构，给出电机的整体结构，完成样机制作。利用有限元分析方法对电机进行仿真，并介绍了电机定子的模态分析、谐响应分析以及阻抗特性分析。采用基于LabView的阻抗测量方法测量定子阻抗特性，并通过实验得到电机的动态特性。根据电机驱动控制方面的要求，提出驱动电路特点，研制出电机驱动电路。 初步建立圆柱定子直线超声波电机的定子与动子之间的接触模型。动力学分析采用赫兹接触和库仑摩擦，接触面摩擦材料用法向线性弹簧和切向线性弹簧建模。用文中建立的模型仿真得到电机的输出特性，并用试验对仿真结果加以验证。通过研究定子和动子间的接触模型可以进一步了解电机的工作过程，为提高电机工作性能提供依据。 利用Hamilton能量变分原理对圆柱定子超声波电机定子进行建模，推导出电机定子的机电能量系统，并通过对能量的变分，导出电机定子的运动方程，建立圆柱定子超声波电机定子机电能量转换模型，并进行仿真分析。 对双压电品片直线超声波电机进行研究，该类型电机采用正交双压电晶片，压电陶瓷用粘结剂粘贴在金属弹性体上，施加与极化方向相同的激励电压，利用压电陶瓷的d31模式产生弯曲振动。本文研制了单足驱动双压电晶片直线超声波电机，并设计了双足驱动双压电品片直线超声波电机，详细介绍了工作机理。