超声波电机是一种具有低速大力矩、高功率密度等特点的新原理电机。迄今，世界各国对各类超声波电机展开大量研究，从原理、数学模型以致控制策略等已越趋成熟。相对而言，超声波电机的应用技术研究发展滞后，新应用扩宽不足。因此面向应用的超声波电机研制成为当今超声波电机研究的一个重要方向，而我国在此方面的研究则更需强化。为此，本文旨在加快超声波电机的应用，重点探讨了超声波电机结构的优化设计、电机出力和可靠性的提高、面向应用的解析模型确立、微小型电机及其小型化驱动控制器的研制、超声波电机在系统中的灵活运用等科学和技术层面问题。主要的工作及成果有：　　 (1)研究了10mm左右的微型行波型超声波电机的优化设计理论和制造技术，提出了一系列提高电机机械特性的理论和方法，并将环状微型行波型超声波电机应用于手机光学调焦系统。首先提出了10mm左右微型行波型超声波电机的最佳驱动模态。其次从能量转换角度，证明压电陶瓷有效利用率对微型行波型超声波电机性能影响较大，并改进压电陶瓷极化模式，提高有效利用率。改进后电机最大输出转矩9mNm左右，空载转速1000rpm。最后从能量传递角度，分析了定转子接触角对能量传递效率的影响，证明锥面接触能减少定转子间摩擦损耗，提高电机总体输出效率，电机最大输出效率提高25％。　　 (2)提出了一种新型的锥面接触型微型行波型超声波电机结构，并建立了输出特性解析模型。超声波电机的定、转子接触面为锥面，而非传统的平面。通过弹性板簧实现定转子的自适应对中，保证电机出力的稳定。基于能量等效思想，建立锥面接触超声波电机的力传递及稳态输出特性模型，并用修正模型修正了传统平面接触模型中的误差。　　 (3)提出并研究了高分辨率的双向直线运动驻波型超声波电机新结构，并形成其设计和制造技术。研究了电机振子结构，并对电机结构尺寸进行优化，对驱动足位置进行合理布置。实验测得电机余弦振型时最大速度220mm/s，最大出力1.8N;正弦振型时最大速度270mm/s，最大出力2N，分辨率在两方向上分别达到了197nm和187nm。结果表明该电机具有双向性能较均衡、高分辨率和结构简单等特点。　　 (4)建立了若干应用的高精度、集成化、微型化的超声波电机驱动控制技术，对传统驱动方法进行优化开发新原理的驱动控制技术，提出了提高整体效率的能量回馈型超声波电机驱动控制器。研制用于微电机驱动和步进控制，两自由度机械臂的高精度驱动控制及空间飞网收口机构驱动及智能化功能实现的驱动控制器。研制通过直接低通滤波实现正弦信号，经功率放大驱动超声波电机的小型高精度驱动控制系统。研究超声波电机能量回馈型驱动控制系统原理和实现方法。　　 (5)提出并研制一种采用行波型超声波电机驱动的智能化空间飞网自适应收口机构，建立了质量块执行空间捕获操作时的力学模型，形成了基于超声波电机的收口机构系统设计理论。利用超声波电机断电自锁的优点降低收口机构的体积、质量和能耗。采用差动轮系设计自适应收口机构适应负载变化。研究由传感器、无线通讯和微控制器组成的空间飞网收口机构即超声波电机的驱动伺服控制系统，确定启停触发信号。根据收口机构力学模型指导收口机构设计和优化。