超声电机具有低速大转矩、断电自锁、控制精度高、无外界电磁干扰等优点,使得超声电机广泛应用在航空航天、精密制造、机器人、光学设备等领域。本文基于结合PID连续运行和步进运行的控制策略,研究了超声电机的瞬态响应和高精度驱动特性,将这些性能运用到定位控制中。并设计出一种具有自适应接触性能的柔性轴,优化柔性轴结构参数并测试了采用柔性轴超声电机的性能,从而提高超声电机的精密定位。不同负载和预压力下超声电机的瞬态响应研究。搭建了超声电机瞬态特性测试系统,该测试系统能够对电机的预压力和负载进行精确调节,使超声电机满足不同工况下的运行。建立描述电机瞬态响应的运动方程,理论分析负载和预压力对超声电机启停时间的影响。利用搭建的测试系统,测试不同负载和预压力下超声电机的启停特性,得到超声电机启动时间和停止时间随预压力和负载的变化规律。结果表明,启动时间随负载增加而减小,随预压力增加而增大,随着负载和预压力的增加,停止时间均呈减小趋势。超声电机定位特性的研究。为了实现电机的高精度定位特性,制定了位置控制方法,该方法包括两个运行模式,连续运行模式和步进模式。连续模式中,采用PID控制方法进行电机的转速控制,通过参数整定法并测试了不同Kp、Ki、Kd值时超声电机的定位曲线,确定PID控制参数。步进模式中,主要采用绝对式编码器和数字控制器检测和反馈步进过程中定位数据。研究了不同负载和预压力下步进特性,得到最小步距角的运行频率和步长。结果表明,不同负载及预压力情况下,不同的目标运行角度,控制过程的定位误差小于3.7″,总调节时间小于1.4 s。研究了柔性轴对超声电机定位特性的影响。为了提高电机运动稳定性,设计制作了具有自适应接触的柔性轴。采用ANSYS软件,对柔性轴进行弯矩和扭矩仿真,得到柔性轴初步的结构参数范围。为优化柔性轴的结构参数,得到柔性轴圆弧半径为1 mm,最小轴径为1.5 mm时,超声电机的稳定性最好。测试了不同结构参数柔性轴的转速稳定性、瞬态特性和步进特性。实验表明,柔性轴提高了超声电机的稳定性和定位精度,最终定位精度为2.4″以内。