随着MEMS(微电子机械系统)技术的不断发展,微纳米操作已经成为科研领域关注的重点话题之一。微纳操作技术是一门结合了精密仪器技术、控制工程、计算机技术的综合性很强的学科,该技术不仅可以实现对机械上纳米级部件的操作,同时还能实现生物学上关于细胞或大分子的操作。对细胞级的操作对象进行移动、拾取、切割等操作是纳米操作领域研究的重点。本文的研究对象即为系统操作过程中的驱动器——压电陶瓷执行器。压电陶瓷作为一种新型功能材料,其具有响应速度快、控制精度高、驱动力大、体积轻便等优点。本文针对压电陶瓷本身的材料特性,首先对压电的压电效应、压电晶体等知识进行了分析介绍。由于压电陶瓷执行器本身具有迟滞、蠕变、温度等材料特性,本文着重阐述了压电陶瓷所具有的迟滞非线性的成因,并从电致伸缩效应、铁电效应和逆压电效应三方面综合分析特性的形成原因。压电陶瓷执行器本身的迟滞非线性特性是影响系统精确度的主要原因,因此针对迟滞非线性进行建模分析。本文选择Bouc-Wen模型和Duhem模型作为压电陶瓷执行器的迟滞模型雏形,并分别对两种模型进行建模分析。对于Bouc-Wen模型,对其系统方程进行简化分析,根据系统的输入曲线进行辨识获得对应的模型参数。对于Duhem模型,利用Weierstrass第一逼近定理对模型中的各项参数进行辨识并进一步获取参数。压电陶瓷执行器对动态响应性能的要求较高,为达到系统要求本文选择模糊PID控制方法作为系统的控制方法,并进一步确定该控制方法的隶属度函数和模糊整定规则等参数。为验证Bouc-Wen模型和Duhem模型的可行性,应用Simulink工具建立控制器的仿真模型,并以阶跃信号、正弦信号和三角波作为输入信号观察系统的响应曲线,与实际输出曲线对比,结果显示应用Duhem迟滞模型的实际输出结果与仿真结果图像更加吻合。本文选择Duhem迟滞模型,应用模糊PID控制方法,达到对压电陶瓷执行器应用Duhem迟滞模型成功建模的研究目的。