超声波电机是一种全新原理的直接驱动电机,它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力,通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动.与传统的电磁马达相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多.超声电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景,近年来倍受科技界和工业界的重视,为当前机电控制领域的一个研究热点.该文主要研究环形超声波电机和直线超声波电机的运动机理、数学模型、结构设计、驱动控制、实验测试等关键技术和理论,为超声波电机的进一步研究和开发奠定理论和实践基础.该文主要研究内容及成果如下:系统总结超声波电机研究的现状和发展,通过与传统电磁电机的对比给出超声波电机的卓越特性及广阔的应用前景.在此基础上,指出超声波电机研究的发展方向,明确了该文的研究内容.基于压电陶瓷的压电效应与振动模态,推导环形行波超声马达的运动控制方程,给出了超声马达极限性能的限制因素,结合等效电路参数测量,给出超声波电机部分性能指标的估计方法.论文比较各种测试手段的优劣,探讨了最优测试方案.基于DSP数字信号处理器技术,设计出环形超声波电机测试系统,详细介绍了数据信号处理,给出实验结果.设计出基于DSP—PWS技术的环形超声波电机控制系统,详细介绍DSP与PWS(触摸屏)间的通信研究及PWS上位机的开发.设计出控制软件,提出了合理的控制策略和方案.在直线超声波电机的理论研究中,分别阐述两种振动形式的直线超声波电机(两相驱动直线超声波电机和单相驱动直线超声波电机).介绍了两相驱动直线电机的基本理论,推导出运动方程,提出电机的设计原则.论文重点论述两相驱动直线超声波电机的基本理论、设计方法,并且给出了实验结果.制作出实验样机,某些性能指标较理想.论文提出直线超声波电机的谐振升压式功率驱动技术,对带有变压器的功率电路和无变压器的谐振升压电路进行了比较.从理论上,分析了谐振升压式驱动电路的工作原理、模型建立以及在直线超声波电机功率驱动上的作用,并给出理论仿真和实验结果.