针对精密仪器及微小型设备对线性微进给驱动马达的需求，该文设计了一种封闭式柱形微型惯性冲击压电马达，并验证了马达工作原理的可行性。制作出马达样机并进行实验测试，结果表明，施加预紧力为0.25 N，驱动信号锯齿波电压峰-峰值为50 V，频率为500 Hz时，马达空载输出最大速度为6.19 mm/s，步进分辨率为12 μm；施加预紧力为0.5 N，驱动信号电压峰-峰值为50 V，频率为500 Hz时，最大负载为20 g。

该文提出了一种基于盘型对称驱动的惯性冲击旋转压电马达。该马达主要由定子、转子、驱动足和预紧装置组成。马达激励信号为锯齿波信号, 采用压电叠堆激励实现马达高功率输出。马达通过螺杆将定子与预紧装置装配于一体, 实现了马达结构紧凑化与微型化。设计加工了马达样机并通过实验验证了马达的工作原理, 对马达的综合性能进行了分析和测试。测试结果表明, 当马达预紧装置施加的预紧力为1 N, 输入激励电压峰-峰值为80 V, 激励信号频率为1 kHz, 且每输出一个周期锯齿波, 激励信号延迟100 ms再输出下一个, 以研究马达静态启动特性和步长, 测得马达的最大空载速度达到3.05 r/min, 平均步长为0.032 rad; 激励信号频率为3 kHz时, 马达的最大空载速度达到9.1 r/min, 马达最大负载可达16.2 N·mm; 马达在0.5~3 kHz激励信号频率范围内均可实现转动。

针对大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)观测光纤扫描定位的需求, 设计了一种基于悬臂梁结构的惯性冲击直线压电马达, 分析了该压电马达的驱动机理。为避免共振, 采用有限元仿真法获得了振动座的一阶共振频率。设计加工了马达样机, 搭建了实验平台, 并进行了马达性能测试与分析。结果表明, 在预紧力为0.2 N, 驱动信号为锯齿波偏置一半, 当电压峰-峰值为60 V(600 Hz)时, 马达无负载速度为1.83 mm/s, 当电压峰-峰值是15 V时, 马达的位移分辨率为0.8 μm; 当预紧力为0.4 N, 驱动信号峰-峰值为60 V(600 Hz)时, 马达最大负载为0.18 N, 行程为40.5 mm。马达的性能参数符合光纤定位器扫描需求。

由于惯性冲击力是压电惯性驱动器产生运动的关键, 故本文探讨了方波激励下压电振子的惯性冲击力大小。推导了压电双晶片振子在方波激励下的冲击响应, 分析了惯性冲击力的时域特性和幅频特性, 分析得到方波激励下惯性冲击力信号频率主要集中在0~500 Hz。采用加速度传感器初步测试了压电双晶片振子的加速度参数, 测试结果与理论模型相近。结合压电双晶片振子的端部惯性质量计算得到惯性冲击力的数值, 利用快速傅里叶算法获得了加速度参数的幅频特性。最后, 采用摩擦学的方法对惯性冲击力的数值进行了验证, 验证结果表明两种方法的最大相对误差为898%, 表明加速度传感器测试惯性冲击力是可行的。

针对目前压电驱动器主要使用非对称锯齿波电信号驱动压电晶体实现驱动的现状，采用对称电压信号驱动压电振子，设计了非对称夹持式压电旋转驱动器。用对称波电信号作用在压电双晶片振子上，产生正反两个方向大小不同的周期性惯性冲击力，驱动机构实现旋转位移。建立了压电旋转驱动器的动力学模型，分析了非对称夹持旋转驱动器实现大小不同惯性冲击力的原理以及压电旋转驱动器的运动过程。组成了压电旋转驱动器的测试系统，在不同电压幅值、频率的方波激励下，对压电旋转驱动器的平均步长进行了测试。结果表明：非对称夹持式压电旋转驱动器能实现较稳定的单向转动，最大行程为360°，最大承载能力超过300 g，步长分辨率为5 μrad，最大转动速度为4 000 μrad/s；驱动器样机在20 V、2 Hz的方波激励下，平均运动步长为12 μrad，转动速度为24 μrad/s。