摘要：超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能直接转变成机械振动能的种驱动装置。具有结构简单、可直接驱动、响应速度r夹、控制精度高等特点，本文介绍了超声波电机驱动控制原理以及疋转子的一种接触模型，然后针对这种接触模型从理论上研究其转矩特性，最后比较了两种采用砰砰控制思想的恒转矩控制的效果。
  关键词：超声波电机；接触模型；转矩控制；砰一砰控制
O引言
    超声波电机fultrasonic M0tor，简称uSMl不同于一般的电磁电机，它利用压电陶瓷(PleZO—electric ceramic)具有的逆压电效应，即在交变电场作用下，压电陶瓷会产生伸缩现象，通过各种伸缩振动模式的转换与耦合，将电能直接转变成机械振动能，并利用摩擦转变成旋转(或其它运动方式)机械能的驱动装置
    目前最常用的超声波电机为环形行波型超声波电机(Ring—tvpe Traveling．wave ultrasonicMotom简称R丁wusM)，其结构特点是定子和转子均为一薄圆环，使得整个电机结构呈扁圆环形。其核心部分是由压电陶瓷和弹性体组成的定子及接触面粘有摩擦材料的转子。定转子依靠蝶簧变形所产生的轴向压力紧压在一起。
    与传统电磁电机相比，超声波电机有许多独特的优点：低速大转矩、电磁兼容性好、啊应快、断电自锁、运行无噪声等l】。J。因此在消费数码、家电、军工、汽车、航天乘i机器人等领域有着广泛的应用前景。为了提高超声波电机的应用水平，拓展超声波电机的应用领域H。】，要加快对超声波电机瞬态特性的分析和研究。对于瞬态分析主要是研究其转矩变化的特点，使能控制其起动和停止的响应时间，另外在追踪轨迹运动时的速度控制可以通过研究转矩特性来实现。1超声波电机运动分析
    环形行波型超声波电机运行的基本原理是利用两相交变激励电压在黏贴在定子上的压电陶瓷中产生定向移动的行波，通过定转子接触的摩擦力驱动转子转动。
    定子上的压电陶瓷相邻分区极化方向相反，在电压激励下，相邻压电分区通过相关的压电陶瓷的非零压电系数，分别伸张和收缩，从而激发横向长度伸张和收缩振动模，可以在定子弹性体
中激励出弯曲振动，由于压电体在一个驱动信号作用下，一般只能获得驻波分布，即使用单相交变电压激励压电陶瓷环A区或者B区，只能在定子环中激发出单一的驻波振动；而使用两相交
变电压同时激励A区和B区，在一定条件下叠加就jJ以在定子环中激发出行波振动。可以证明在行波的作用下定子表面的质点作椭圆运动口。
转子速度，可以由以下公式表示

其中晶为A相和B相振动的振幅；☆=2口／兄为弹性波振动的波数；h为定子上表面到中性层的距离(即贴在定子I的压电陶瓷厚度的一半)；≯为A相、B相驱动间的相位差。
    在行波超声波电机结构设计完成后，^、h确定，可以分别通过调节压电陶瓷的两相激励电压的幅值岛，A、B两相之间相位差≯以及驱动频率厂来调节行波波峰点的速度来控制转子的转
动速度、输出转矩。超声波最常见的三种控制方法是调频、调相和调压。
2定转子接触模型
    由于定了在振动状态下，表面质点运动具有横向位移和纵向速度，使定子通过摩擦带动转子转动成为可能。通过对行波超声波电机定转子接触面特性的分析，可以进一’步研究定转子间力的传递机理。

        当定子振动为理想行波时，以式w(x，≠)=一晶cos(奴+∞f)  为例，在此情况下，定子行波的振幅与时间无关，稳态下行波的形状保持不变。为简化分析，可取f—z时刻定子和转子  个波长的接触面进行分析，如图3(a)所示。在