随着科学技术的进步,尤其是现代工业的兴起,对电机的要求不再只是提供动力,还对其提出了许多新的要求,诸如体积小,低噪音,抗电磁干扰和大扭矩等,由于传统电动机自身的缺陷已很难满足这些新的要求。为此,国内外的许多学者都在努力研究各式新型电机,其中最典型的一种新型电机就是超声电机(Ultrasonic Motor,简称USM)。超声电机具有结构简单紧凑、响应快、电磁兼容性和控制性能好等优点,已在航空航天、医疗器械、精密仪器、机器人等多个领域得到广泛的应用。本文以压电元件的逆压电效应为理论依据,通过振动方程详细阐述了直线超声电机的运动机理,并利用ANSYS有限元分析软件对电机定子进行建模及仿真分析,仿真包括模态分析和谐响应分析,从而得到电机定子的模态和最佳振动频率,验证电机运动原理的正确性。然后,根据压电换能理论,提出了超声电机定子的等效电学模型,利用电学量来表征机械量,这样便于驱动电路的设计和研究,利用导纳圆法对等效电路的四个参数进行粗计算,然后利用非线性最小二乘优化算法对参数进行精确计算,在通过所得的计算参数完成匹配电路的设计,并对整个电路进行仿真分析。同时,本文根据理论分析的结果提出了软硬件的设计要求,并根据需求给出了软硬件具体的设计方案。其硬件部分分为主控电路和驱动电路两部分。其主控电路的芯片是以ARM为内核的STM32芯片,负责信号发生,电机测速、通信等功能,驱动部分则主要采用以场效应管和变压器为主的逆变放大电路,在经过匹配环节最终驱动电机。其软件部分主要包括PWM信号发生部分,电机测速部分,通讯部分,电机位置控制部分。最后,完成其实验平台的搭建,对硬件设备进行了调试,测试了超声电机实验样机,通过一系列的实验验证了硬件设备的可靠、稳定的工作性能,也验证了超声电机样机设计的合理性和可行性。