针对压电陶瓷驱动器中的迟滞非线性特性,提出一种提高压电陶瓷执行器定位精度的复合控制方法。建立了非等间隔阈值的Prandtl-Ishilinskii(PI)迟滞模型,通过自适应差分进化算法进行系统辨识,求取参数并建立逆模型。考虑到压电陶瓷迟滞非线性特性随输入信号频率变化的特点,采用融合PI逆模型前馈控制与滑模控制的复合控制方法用于压电陶瓷的精密驱动。实验结果表明,相比逆模型前馈和PID结合的复合控制方法,采用逆模型前馈和滑模复合控制方法,平均误差下降了0.0300μm,均方根误差下降了0.0346μm,能有效克服压电陶瓷迟滞非线性,提高系统跟踪性能。

将迈克尔逊干涉实验装置用于用压电陶瓷驱动和柔性铰链导向的一体化微定位工作台，通过实验研究了其位移与电压的关系．实验结果表明它们在限定的工作范围内具有良好的二次曲线关系．另外。还对影响系统定位的误差作了相关分析．

为适应三维光学微细加工及三维光学信息存储研究的需要，研制了共聚焦激光扫描荧光显微镜的工作台式扫描系统，扫描范围138μm×138μm。工作台采用压电陶瓷驱动器（PZT actuator）驱动的方式来获得高分辨率的位移，采用带柔性铰链的杠杆放大装置来获得较大的位移范围。描述了工作台的工作原理，并对其静态和动态性能进行了测试，实验表明这一扫描系统能很好的应用于共聚焦激光扫描荧光显微镜系统。

集中应力和耦合位移是影响基于柔性铰链和压电陶瓷驱动器的微操作器性能的关键因素。单平行四杆机构具有低的集中应力，但存在大的耦合位移，双平行四杆机构没有耦合位移但存在较大的集中应力。在分析上述2种经典微操作器机构优缺点的基础上，吸取每一种机构的优点，摈弃各自的缺点，构建了一种复合四杆机构，并对这3种机构进行了对比分析，用有限元仿真的结果证明了理论分析的正确性。本文还设计加工了3种类型的二维微操作器柔性铰链机构与压电陶瓷驱动组成二微维操作器，并进行了对比实验研究，实验结果表明，该复合四杆微操作器性能优于经典的平行四杆微操作器和双平行四杆微操作器。

为了实现二维平面纳米级定位,研制了一台压电陶瓷驱动和弹性铰链导向的一体化微定位平台.该微定位平台具有高刚度、高响应速度和高分辨率等优点.为了克服压电陶瓷驱动器伸长量较小的不足,采用杠杆放大机构增加微定位平台的位移输出.考虑驱动电路的影响,建立了微定位平台的机电耦合模型.通过试验研究了微定位平台的静动态特性,试验结果表明微定位平台的分辨率为5nm,固有频率分别为143Hz和180Hz.该微定位平台可应用于纳米级的微定位.

研制了一种六维宏微位移可控精密工作台.设计中采用粗精分离的原则,有利于提高工作台的精度,并减小了研制难度.宏位移使用精密燕尾导轨结构.微定位系统使用了压电陶瓷驱动器、柔性铰链和计算机控制,使系统具有极高精度的补偿定位能力.该工作台可在100mm范围内运动,平移分辨力为0.05(m,转动分辨力为0.3″.