超声波电机是以压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动为驱动力,通过定转子间摩擦力耦合来驱动转子运动的一类非电磁电机。小型柱体超声波电动机以其体积小、结构简单、不用粘接等独特优点在小型化精密控制领域占有一席之地,是具有广阔市场前景的超声波电机之一。对小型柱体超声波电动机结构进行深入研究,探索可能的新型结构对其发展有着重要意义。同时要发挥超声波电机出色的控制性能,还要有与之相配套的驱动控制电源。在以上背景下,本文设计了一种自由-轴支结构的小型柱体超声波电动机,并研制了与之配套的小型化驱动控制器。本文首先回顾了超声波电机的发展历史和小型柱体超声波电动机在国内外的研究现状,确定了本文的研究内容。然后介绍了压电陶瓷的特性和柱体超声波电动机的运行机理,着重讨论了自由-轴支结构小型柱体超声波电动机的工作原理,对定子表面质点的运动状况进行了推导。在建立定转子有限元模型基础上,对定转子结构进行了模态分析、谐响应分析和接触分析,计算了影响定子振动的结构参数,确定了合理的定转子尺寸,对所设计方案进行了样机试制。对样机进行了扫频测试、空载转速特性测试、空载阻抗特性测试以及堵转测试,试验数据表明样机具有一定的使用价值。本文总结了常用超声波电机驱动电路的工作原理和特点,设计了基于AT89C2051CPU的小型化驱动控制电路,实现了所设计小型柱体超声波电动机的闭环驱动控制,在驱动器小型化方面做了有益的探索。