微纳米定位技术随着现代超精密加工和精密制造的迅速发展,被广泛地应用于精密制造装备和精密仪器等。压电陶瓷执行器由于无磨损,分辨率高,效率高,强度高,响应速度快等优点而被广泛用作微纳定位平台的执行器。然而,压电陶瓷固有的迟滞非线性往往导致平台的定位精度下降、振荡、甚至是系统不稳定。因此本文以严重影响压电定位平台定位精度的迟滞非线性为研究对象,以压电定位平台的高精度运动控制为目标重点研究压电微定位平台的迟滞模型建立和控制器设计问题,具体内容如下:针对周期性的正弦输入信号,改进增强型Prandtl-Ishlinskii模型(EPIM)迟滞建模方法。首先,在分析压电特性和传统的Prandtl-Ishlinskii模型(PIM)特性的基础上,采用改进的增强型Prandtl-Ishlinskii模型来描述压电陶瓷的迟滞特性,搭建了基于dSpace的压电驱动微位移定位实验平台,最后,将基于增强型Prandtl-Ishlinskii模型方法应用于压电驱动微位移定位平台中,对压电陶瓷的迟滞非线性特性进行辨识。实验结果表明,在低频段,传统的Prandtl-Ishlinskii迟滞模型、增强型Prandtl-Ishlinskii模迟滞模型的均方根误差相差不大,随着输入信号频率的增大,增强型Prandtl-Ishlinskii迟滞模型的优势越来越明显,在输入信号频率为50Hz时,增强型Prandtl-Ishlinskii迟滞模型比Prandtl-Ishlinskii迟滞模型的RMSE精度提高13.47%;当输入信号频率为150Hz时,增强型Prandtl-Ishlinskii迟滞模型比Prandtl-Ishlinskii迟滞模型模型的RMSE精度提高27.09%。由此,证明增强型Prandtl-Ishlinskii迟滞模型来对描述迟滞特性比传统的Prandtl-Ishlinskii模型具有较大的优势。针对压电微位移定位平台,提出一种压电平台磁滞非线性系统的参数辨识方法。首先,通过增强型Prandtl-Ishliskii模型直接逆模型建模法,构建压电陶瓷的磁滞逆模型前馈控制器;然后,对经前馈控制器补偿后的压电平台系统进行线性辨识:将构建的逆模型串联到被控对象前进行前馈的逆补偿后,对压电平台系统输入小幅值激励电压进行线性辨识;最后,实验证明利用辨识结果构建的逆模型能显著提高压电定位平台的输入输出线性度。在迟滞补偿控制方面,设定基于增强型Prandtl-Ishliskii迟滞逆模型的前馈控制器和PID控制器2组对照实验。在相同频率正弦波和和三角波的两种参考位移进行位移跟踪实验。实验结果证明,前馈控制器比PID控制器进一步提高位移追踪精度,同时也验证了增强型逆模型的迟滞补偿控制方法的可行性和有效性。因为前馈控制器是开环的,所以不能消除逆模型建模误差和弱的干扰防止功能。本文在前馈的基础上设计2种反馈控制方案。第一种,基于增强型Prandtl-Ishliskii逆模型的前馈控制和PI(比例+积分)反馈控制相结合,得到一种复合控制,进一步提高控制精度和抗干扰能力。第二种,增强型PI逆模型前馈控制和分数阶PIλDμ反馈控制相结合。通过实验,确认了分数阶PIλDμ反馈控制和反馈的组合控制方法,定位跟踪的精度进一步提高。