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。

压电陶瓷驱动器在较高电场的作用下将产生严重的非线性，从而影响其定位精度。压电陶瓷驱动器的非线性不仅与材料的非线性、蠕变、滞后等因素有关，还与器件的动态响应特性有关。动态响应的迟滞非线性是影响压电式微位移驱动器控制性能的一个关键因素，直接关系到控制精度的提高。该文采用前馈控制同数字比例、积分和微分环节（PID）控制相结合的复合控制算法对一维压电式微位移机构的控制过程进行校正补偿，建立了动态特性的闭环校正控制系统。实测结果表明，机构的动态响应时间显著缩短，实现了机构的快速响应。

压电陶瓷驱动器具有位移分辨率高、体积小、响应快、输出力大、不发热等优点，但其固有的迟滞、蠕变和非线性，严重影响了它的定位精度。在大行程微动工作台中，需要借助于位移放大机构来克服压电陶瓷驱动器位移行程小的缺点，但放大机构在放大位移的同时，也放大了压电陶瓷蠕变和迟滞误差的影响。本文通过对一种大行程压电陶瓷微动工作台蠕变特性的研究性实验，得到了该机构的蠕变特性曲线，找到了压电陶瓷驱动器蠕变的规律，为进一步修正和减少蠕变误差的影响、提高系统的定位精度，提供了科学的依据。

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。

基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,能够在PZT驱动器的作用下改变面形,用于中小口径非球面镜加工。为优化设计基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,利用有限元分析方法,计算各驱动器的影响函数,计算非球面能动抛光盘的输出面形,与理论面形比较得到剩余残差。以优化设计驱动器排布方式和极头直径为例,当非球面能动抛光盘中心到非球面工件中心的距离L为120mm,分别计算比较,极头直径为Φ10mm时,19单元PZT圆形排布与21单元PZT方形排布的剩余残差;以及19单元PZT圆形排布时,极头直径为Φ10mm与Φ14mm的剩余残差。结果表明,非球面能动抛光盘产生变形后的剩余残差RMS相应分别为0.303μm、0.367μm、0.328μm。因此,基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘确定选用19单元PZT圆形排布且极头直径Φ10mm。

宏微复合平台常应用于大行程运动和高精度定位的场合。基于对宏微复合驱动技术的的分析及研究，提出了一种音圈电机与压电陶瓷复合驱动的宏微复合运动平台结构，其中微运动平台采用压电陶瓷驱动和弹簧预紧，具有结构简单、分辨率高、刚度高和响应速度快等优点。针对微运动平台的主动控制问题，考虑压电陶瓷驱动器驱动电路以及滑块与摩擦复合作用的影响，建立微运动平台动态模型。通过微运动平台动态特性的实验研究，分析滑块与摩擦复合作用对微运动平台平稳性的影响。结果表明，该模型可快速缩短平台到达稳定的时间，满足平台精密定位要求。