超声波电机是一种新型的驱动设备,运行过程中将电能通过压电陶瓷的逆压电作用转换为定子的振动机械能,再由定转子间摩擦作用将定子的机械振动转化为转子的宏观运动,实现电能到机械能的转换。相比较于传统电磁电机,超声波电机具有形状多样、低速大扭矩、响应速度快、抗电磁干扰、断电自锁等优点,成为近年来国内外在微型电机方面的研究热点。本文通过理论和实验相结合的方式研究了超声波电机的驱动与控制策略。根据超声波电机的运行特点,设计了一款频率可控的驱动电路,满足单电机和双电机驱动要求,并且结合PID控制、模糊算法和BP神经网络算法,利用数字信息处理器(DSP)运算能力强的特点,实现了使环形超声波电机稳定运行的驱动控制系统。本文主要工作包括:一、阐述了本课题研究的背景和意义,分析了超声波电机的国内外发展现状,简述与超声波电机研究相关的基础理论知识,给出超声波电机驱动控制技术的要求。二、超声波电机的特殊运行机理,导致电机的谐振频率在运行过程中会发生漂移,使得电机转速呈现非线性变化。基于这一特殊运行机理,以行波型超声波电机为研究对象,设计了一款基于DSP2407A的PWM波逆变升压的超声波电机驱动电路,完成了驱动电路的PWM信号发生、分频、移相、自举、逆变升压、匹配等各个功能模块与硬件接口电路;在软件开发环境CCS3.3中编写了PWM信号产生与控制算法程序,完成了驱动电路的软件编写、调试与仿真分析。最终研制成功了一款频率可控的超声波电机驱动电路,满足电机驱动与转速控制的设计要求。三、对行波型超声波电机的数学模型进行了参数辨识与测定,基于该模型,对超声波电机的转速控制策略进行了理论分析,设计了经典PID、模糊PID和BP神经网络PID控制算法和控制流程。通过仿真分析,验证所提算法的可行性和实用行,实现对超声波电机转速的稳定控制,矫正电机非线性特性。四、搭建超声波电机驱动控制系统实验平台,设计辅助软件与电机固定装置,对驱动电路和控制算法进行了详细的实验测试,并与仿真结果进行比较。实验结果表明:本系统运行稳定、响应速度较快,能够较好的实现超声波电机的驱动及转速控制。本文创新之处在于:一、针对超声波电机强非线性特点,设计了集驱动和控制功能一体化的超声波电机DSP驱动控制系统,创新地实现了对多个超声波电机并联驱动的功能;二、设计并仿真分析了基于模糊PID和神经网络PID的超声波电机控制策略,研制了超声波电机控制系统平台,实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。研究成果为超声波电机的驱动控制提供了比较完备的解决方案。