超声波电机(Ultrasonic Motor,USM)是一种利用压电陶瓷的逆压电效应原理,将电能转换为动能的新型微特电机。本文采用超声波电机作为微型控制力矩陀螺(Control Moment Gyro,CMG)框架系统的驱动机构,以此为应用背景研究其驱动控制技术,主要完成了以下工作:介绍了控制力矩陀螺、超声波电机及其控制技术的发展现状;分析了超声波电机的运动原理;研究了超声波电机的解析及等效电路模型,并采用阶跃响应法对超声波电机系统辨识建模,得到了超声波电机的“频率—转速”控制模型;采用最小二乘法对辨识结果进行优化处理,经验证模型阶跃响应仿真结果与实测数据吻合较好。分析了超声波电机调频控制特点;研究了超声波电机在运行过程中温度升高的原理,分析由于温升引起的谐振频率漂移对电机转速造成的影响,并采用孤极电压反馈控制法,对电机的谐振频率漂移进行补偿;考虑在不同输入条件下,超声波电机模型参数会发生变化,分析了超声波电机的参量模型,采用PID算法,设计电机转速闭环控制器。采用PXI-8108嵌入式处理器和基于FPGA技术的PXI-7851R可重配置多功能数据采集卡,搭建基于PXI设备的微型CMG框架驱动控制实验平台。设计了信号前置驱动电路、推挽换能电路;通过分析,设计了超声波电机所采用的变压器和阻抗匹配电路;在此基础上,设计并研制了超声波电机驱动器。基于图形化编程开发平台Lab VIEW,设计了用于微型CMG框架驱动控制实验系统软件。设计了高精度PWM信号发生模块,使得PWM信号的调频精度达到0.1Hz,完全满足超声波电机调频控制的需要;通过FPGA编程设计了转速测量模块,并使用图形化编程语言,实现实验系统的控制算法;设计了超声波电机模型辨识和控制器设计仿真软件。采用自主设计的超声波电机控制器以及驱动电路,开展了超声波电机模型辨识实验、电机动态响应实验、转速闭环驱动实验。