为了提高压电微位移平台快速定位的精确度, 建立了一种表征压电微位移平台驱动电压与输出位移关系的定位模型。考虑压电工作台在快速、大行程精确定位过程中会受压电陶瓷迟滞特性及本身动态特性的影响, 本文采用Bouc-Wen模型描述压电陶瓷迟滞特性, 并结合压电工作台的动态特性进行共同建模, 使模型同时体现压电工作台的动态特性与迟滞特性。为了验证模型的正确性, 搭建了基于压电微位移平台和相关驱动器的实验设备对模型进行了实验验证, 并进行了测控程序的二次开发。研究结果表明, 与单纯的Bouc-Wen模型相比, 提出模型在最大位移输出为40 μm, 输入电压频率为40 Hz时的最大误差由3.04 μm下降到了0.67 μm, 此时最大相对误差为1.68%。得到的结果验证了提出的模型可较好地模拟压电工作台的迟滞特性与动态特性, 大大提高压电微位移平台在快速、大行程定位中的精确度。

为实现压电微动工作台的快速准确运动定位,研究了其运动定位模型。压电工作台的运动定位精度主要受工作台动态特性和迟滞特性的影响,在介绍这两类典型特性模型及其适用范围的基础上,提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型,并给出了采用Prandtl-Ishlinskii (PI)迟滞算子的动态迟滞模型参数辨识途径。以TRITOR100型压电工作台为例进行实验研究,结果表明:当压电工作台在30 μm的定位范围内以±900 V/s的输入电压速率进行快速运动定位时,动态迟滞模型的模型精度比以往常用的线性动态模型和迟滞模型有较大提高,其平均误差为0.16 μm,最大误差为0.38 μm,为高性能运动定位工作台控制系统的设计提供了模型基础。