灵巧机械手在航空航天、核能开发、医疗器械等尖端领域有着广阔的需求和应用前景。近几十年的研究,灵巧机械手驱动大多采用的是电磁电机驱动控制,但电磁电机的结构特征和运行特性限制了灵巧机械手的发展,因此研究新的驱动方式是有必要的。超声波电机(Ultrasonic motors,简称USM)是一种基于压电陶瓷的逆压电效应的直接驱动电机。与传统的电磁电机相比,它具有低速大转矩、体积小、无电磁干扰、响应速度快、运行时无噪声、断电自锁等特性,非常适合体积、结构严重受限的灵巧机械手指关节的驱动器。本论文的研究课题为灵巧机械手指用超声波电机驱动控制的研究与设计,包括:灵巧机械手指用超声波电机的驱动控制器设计、超声波电机建立阶跃响应转速模型,基于LADRC的超声波电机转速控制系统,实现灵巧机械手指的柔性控制,并对以上控制效果通过实验进行验证。论文的研究目标为:1.对于灵巧机械手指用超声波电机,确定超声波电机参数,建立超声波电机阶跃响应转速模型以及上调频阶跃响应转速模型。2.设计超声波电机驱动控制电路,其中包括基于F28335型DSP的控制系统,基于推挽式逆变放大电路的驱动电路,基于电流反馈的保护电路,采样调理电路,对超声波电机的驱动电路和电机之间的匹配电路进行了计算和设计。对各个部分的电路进行了器件选型以及参数计算。3.根据建立的超声波电机阶跃响应转速模型以及上调频阶跃响应转速模型,对于超声波电机的建模误差、模型参数摄动以及外界干扰等,本文结合自抗扰控制技术(ADRC)进行超声波电机线性自抗扰(LADRC)转速控制系统设计,并进行参数计算和仿真。仿真结果表示,对于超声波电机建模误差、模型参数摄动以及外界干扰,LESO都能够观测到,并通过PD控制器实现补偿,电机能够在极短的时间内达到稳定转速状态。4.采用适用于本课题超声波电机转速位置串级控制策略,侧重于电机的位置控制,其定位过程采用串并复合分级降速的方式实现灵巧手指驱动的超声波电机的柔性控制。为了设计串并复合分级降速方式,进行了断电自锁误差检测,确定了分级降速的门阀值,设计了柔性控制过程:结合超声波电机断电自锁的特点,根据相对于目标位置的位移量,采用不同的启动速度和分级调速方式,实现超声波电机柔性控制。5.搭建了灵巧机械手指驱动用超声波电机驱动控制平台,验证了基于LADRC的超声波电机转速控制方法的有效性,对于本文采用的三个级别的转速,电机在20ms内都能实现对目标转速的完全跟踪。然后对灵巧机械手指柔性控制定位控制进行了实验,实验结果显示,电机定位误差小,达到灵巧机械手指定位精度要求。