通过分析压电叠堆的工作特性，设计了一种以高压运放PA41为核心器件的电压控制型压电叠堆驱动电源。阐述了两种驱动电路方法并选择合适的方案，分析了驱动电路原理并完成电路元器件选型。最后搭建实验平台对驱动电源进行实验测试，分析其输出特性曲线及输出误差的原因。实验结果表明，此电源调节方便，响应迅速，能有效应用于压电叠堆的驱动控制。

为解决压电直线作动器在受到拉力和压力负载时的驱动问题, 本文提出了一种双向压电直线作动器。该作动器主要采用双向螺旋箝位原理, 实现双向大推力作动。结构上, 将两个压电叠堆对称布局, 梯形丝杠螺母组成螺旋箝位, 匹配二者驱动时序实现压力和拉力下的驱动。为研究双向尺蠖驱动机理, 设计了双向螺旋箝位机构和作动器总体结构; 而螺旋箝位作为尺蠖驱动的关键因素, 为了准确地表达箝位的可靠性, 研究了力矩电机与柔性联轴器及压电叠堆的匹配关系, 并通过ANSYS软件对箝位功能进行了仿真分析。设计加工的样机机身总长为233 mm, 最大外径为63 mm, 质量为1.1 kg。搭建样机的测试系统, 试验表明: 该作动器的最大输出力可达190 N, 最高速度可达2.58 mm/s, 行程为60 mm。

为满足微纳操作系统对精密驱动技术的需求, 本文提出了一种基于黏滑原理的小型精密运动平台。该平台将柔性铰链、惯性质量块以及弹性元件结合为独立的定子基座, 并与压电叠堆、陶瓷球固连为定子, 安装在平台基座底部, 通过螺钉调节弹性元件端部垂直方向的位置, 就可以改变定子与移动台间的预压力, 进而获得最佳的驱动力。为研究黏滑驱动的运动机理, 分析各参数对平台运动的影响, 进行了力学建模; 而摩擦力作为黏滑驱动的关键因素, 为了能准确地表达黏滑驱动的摩擦机理, 在力学建模中引入了LuGre摩擦模型, 并利用Matlab/Simulink软件进行了仿真分析。设计加工的黏滑驱动平台的整体尺寸为40 mm×40 mm×18 mm, 质量为32 g。试验表明: 该平台最小可实现10 nm的运动步长, 速度最高可达2.5 mm/s, 行程为22 mm。

为了克服现有双足蝶形直线超声电机驱动的一维平台定位中的摩擦驱动非线性,本文基于电机工作原理和扇形非线性特性建立了电机及平台的模糊Takagi-Sugeno(T-S)模型。基于该T-S模型,采用系统增广的方法设计了无静态误差伺服定位控制算法;设计中考虑了鲁棒H∞性能,使得该非线性系统的模糊控制器具有较好干扰抑制性能和鲁棒性。采用嵌入式微控制器实现了所设计的控制算法,并进行了不同步进值的伺服定位控制实验。实验结果显示,在不同步进值下系统的超调量小于4%;在空载和带载荷的状态下对伺服定位控制实验数据的对比显示,系统最大超调量小于5%。与传统PID控制算法相比,本文提出的控制系统具有较高的定位精度,良好的运动平稳性和鲁棒性。

提出了一种单相激励的旋转步进超声电机并阐述了其结构与工作原理。该电机采用同一种工作方式实现驱动和定位,避免了现有自校正步进超声电机失步或多步的问题,并解决了现有自校正步进超声电机的定、转子摩擦界面难以设计的问题,具有开环控制下无累积误差的特点。利用有限元仿真方法对定子结构进行了设计,制作的原理样机实验中未发现错步现象,其堵转力矩、步距角和单步运行最大误差分别为0.003 2 N·m,7.5°和0.6°。