随着微/纳技术的发展,基于传统机械传动方式的定位技术已难以满足纳米操作、纳米测量以及纳米制造等微/纳技术领域对定位精度的严格要求。因此,迫切需要一种具有微/纳级定位精度,同时具有大行程、高动态响应等特点的定位系统。压电驱动微/纳定位系统以压电陶瓷作为驱动元件,通过基于柔性铰链开发的柔顺机构实现运动传递与转换,具有运动精度高、响应速度快等许多优点,目前已成为精密、超精密定位技术领域的研究热点。基以此,开展大行程、高精度压电驱动微/纳定位系统的研究对促进我国精密、超精密定位技术以及纳米技术等领域的发展具有重要价值与科学意义。本文依托于上海市空间飞行器机构重点试验室开放课题,开展了对压电驱动大行程微/纳定位系统的工作原理、静动态特性建模、交错轴耦合特性、有限元仿真分析、静动态试验测试以及结构优化设计准则等基础研究,论文主要的研究内容概况如下:(1)研究了微/纳定位系统工作原理与柔顺机构特性分析:探讨了微/纳定位系统的工作原理与组成元件,研究了压电陶瓷驱动器的固有特性,对比分析了定位系统柔性铰链及位移放大机构等传动元件的工作性能,确定了柔性铰链、位移放大机构等机构类型。(2)研究了微/纳定位系统静动力学特性:基于伪刚体模型法、卡氏第二定律和弹性梁变形理论,建立了桥式位移放大机构的位移放大比、输入/输出刚度等静力学解析模型,揭示了桥式机构几何参数对其运动性能的影响规律;通过考虑柔顺定位平台的结构刚度对压电陶瓷驱动器和位移放大机构输出位移的阻抗影响,建立了压电驱动微/纳定位系统的运动学、输出位移衰减模型,探索了微/纳定位系统的变形协调与位移衰减机理;通过考虑柔顺定位平台的寄生运动,建立了柔顺定位平台的交错轴耦合误差模型,揭示了定位系统的交错轴耦合特性;基于伪刚体模型法、集中质量法和Lagrange运动微分方程,建立了桥式位移放大机构和柔顺定位平台的固有频率解析模型,获得了柔顺定位平台的固有频率等动力学特性。(3)研究了微/纳定位系统静、动态特性试验测试与性能评价方法:基于一体化加工的六自由度定位平台试验样机,建立了微/纳定位系统线性度、重复定位精度评价方法;搭建了微/纳定位系统的静、动态试验测试平台,结合有限元仿真计算结果,验证了微/纳定位系统的运动学与位移衰减模型、固有频率解析模型的可靠性;测试并评价了定位系统的迟滞特性、开/闭环线性度、重复定位精度与位移分辨率等静、动态综合性能指标。(4)研究了大行程微/纳定位平台的优化设计方法:基于压电驱动微/纳定位系统的变形协调机理,探讨了大行程、高动态响应柔顺定位平台的设计方法;基于桥式机构、杠杆机构,提出了混合型多级位移放大机构设计方案,设计了新型两自由度微/纳定位平台;结合建立的静、动力学解析模型,构建了柔顺定位平台的多目标优化模型,对提出的两自由度微/纳定位平台的静、动态性能进行了优化,优化后的柔顺定位平台可在静、动态性能间获得一个更佳的平衡点。