针对现有压电振子驱动的共振隔膜泵中存在隔膜往复运动位移及位移放大比小的问题，该文设计出一种可应用于共振隔膜泵的大位移压电叠堆执行器，利用压电叠堆作电-机转换器，提高其响应速度，采用矩形弹簧结构，保证系统稳定性，提高系统的一阶固有频率。建立压电叠堆执行器的数学模型，并分析了系统的位移放大比和各阶固有频率，测试了样机的相关性能。实验结果表明，在输入激励信号幅值60 V、频率510 Hz的正弦信号下，该压电叠堆执行器输出位移为154 μm，位移放大倍数为18.11倍，研制的压电叠堆执行器具有较高的响应速度及较大的输出位移，可用于提升共振隔膜泵的输出性能。

该文设计了一种径向双压电叠堆执行器, 可以实现单压电或双压电叠堆驱动, 在不增加轴向长度的基础上实现输出位移的放大。针对该执行器, 建立了基于Bouc-Wen的压电动态迟滞力模型作为执行器整体动力学模型力的输入; 在MATLAB/Simulink中, 基于最小二乘法对迟滞力模型中的参数进行辨识。仿真与实验结果表明, 在峰-峰值140 V、直流偏置70 V的激励信号下, 两根长为18 mm的压电叠堆在复合驱动下能输出约55 μm的位移, 实现了执行器的位移放大输出且在高频下无明显衰减; 所建立的执行器动态迟滞模型很好地描述了单压电或双压电叠堆在1~600 Hz驱动频率下的电压-位移滞环曲线。在驱动频率为600 Hz时, 双压电复合驱动的模型最大均方根误差为1.13 μm, 最大相对误差为6.1%, 为大位移、高精度的执行器控制提供了基础。

针对双压电二维叠堆执行器的输出迟滞性问题, 该文设计了一种双压电复合控制方法。先建立执行器数学模型并完成参数辨识,再结合非对称Bouc-Wen模型与增量微分、积分及比例(PID)模型, 完成复合控制模型的建立, 最后基于数字信号处理(DSP)控制器完成前馈控制、增量PID控制与复合控制的实验对比。结果表明, 该复合控制方法能有效抑制执行器的输出迟滞性, 当驱动电压峰-峰值为96 V, 频率为500 Hz时, 执行器滞环率仅为未控制时滞环率的31.6%, 远低于前馈控制时滞环率(74.2%)及增量PID控制时滞环率(167.8%)。