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超声波电机(Ultrasonic Motor,简称USM)是上世纪80年代发展起来的一种新型微特电机,不同于传统的电磁电机,其是利用压电陶瓷的逆压电效应和定转子间的摩擦耦合来驱动电机的。本文以具有较好产业前景的环形行波超声波电机(Ring-type Travelling-wave Ultrasonic Motor,简称RTWUSM)为基础,对空间调相环形行波超声波电机(Space Phase Control RTWUSM,简称SPC-RTWUSM)的设计,SPC-RTWUSM控制及优化,基于多孤极信号的RTWUSM频率跟踪,基于双反应法的SPC-RTWUSM结构误差校正展开研究。本文的主要研究内容为：本文以波形叠加原理为基础,以原有的直径60mm的RTWUSM为蓝本,通过设计新的陶瓷结构和电源方案,完成了SPC-RTWUSM的初始设计。针对初始SPC-RTWUSM压电陶瓷结构和接线复杂的缺点,优化陶瓷布置方案,大大简化了压电陶瓷的加工和电源的连接。针对SPC-RTWUSM电源数较多的缺点,提出了三电源方案。针对三电源方案中正反转控制的局限性,结合控制方法和压电陶瓷结构的改进,较方便地实现了全速度范围内正反转的连续控制。利用SPC-RTWUSM中,电压既可改变定子波幅,又可改变电机两相空间相位差的特点,实现了具有新控制特性的SPC-RTWUSM幅相控制方案。仿真和实验证明了SPC-RTWUSM设计和幅相控制方案的合理性和可行性。利用定子中非工作模态的振型,本文研究了基于多孤极信号的RTWUSM频率跟踪方案。采用有限元的方法对RTWUSM进行三维建模,在其工作频率附近进行模态分析,理论分析表明工作模态振型、前阶近邻模态振型、后阶近邻模态振型对不同位置振幅的影响有明显差异。理论分析和有限元谐响应分析表明,此种差异导致的孤极电压差会随着电源频率变化在一定范围内单调且较为线性的变化。本文亦通过谐响应分析的方法,就孤极形式、定子结构误差、温升、预压力等因素对频率跟踪的影响进行了分析。实验证明了该频率跟踪方案的可行性。本文利用SPC-RTWUSM具有“移动”驻波的能力,研究了定子结构误差校正的方法。在描述定子结构误差的表现形式后,从理论上分析了定子结构误差消除校正和补偿校正的方法。针对误差驻波提取和校正驻波生成的困难,本文在两相坐标系组上,利用双反应法,分别对结构误差驻波幅值要素和相位要素进行一体化的检测和校正。为了保证校正效果在工程上的一致性,本文推导了校正方案选择的判据,以及误差驻波的估算方法。本文亦对SPC-RTWUSM定子结构误差校正的流程进行了设计。谐响应分析和实验,验证了方案的可行性和实用性。