随着“亚微米-纳米”技术的发展,由于传统机械传动方式存在摩擦、间隙、爬行等非线性因素,已不能满足超精密加工、半导体制备、光学精密工程及航空航天等高精密领域对定位精度的要求,迫切需要多自由度、大行程、?m/nm级定位精度、快响应速度、易控制与制造方便的高精密定位系统。压电陶瓷驱动的柔性定位系统具有运动精度高、响应速度快、结构紧凑、控制方便、易实现系统的轻量化与小型化等特点,在众多高精密领域中具有潜在应用价值,已成为国内外研究的热点。因此,开展大工作行程、多自由度、高精度压电柔性定位系统的研究对促进我国高精密加工、制造与测量等技术的发展具有重要理论意义。本文依托于重庆大学机械传动国家重点实验室自主项目及上海市空间飞行器机构重点实验室开放课题,围绕多自由度、大工作行程及高精密定位的性能目标,设计了五自由度柔性定位系统。针对该定位系统,开展了结构设计、静动力学、轴间耦合运动、迟滞建模、闭环控制策略、实验测试等研究。论文的主要研究内容概括如下:(1)研究了多驱动大行程柔性定位系统工作原理与设计:采用柔性机构学、机械原理、创新结构设计等理论,探讨了柔性定位系统工作原理与组成,结合定位系统设计原则,确定了柔性铰链、位移放大机构、微位移驱动器等构件选型,设计了五自由度柔性定位系统。(2)研究了柔性定位平台静动力学特性与轴间耦合运动:采用伪刚体模型法、能量法、拉格朗日方程、空间几何法等理论,探讨了定位平台输入/输出变形协调规律,推导了桥式机构静刚度、位移放大比、定位平台位姿正解方程、等效刚度、动力学微分方程、固有频率、轴间耦合误差等数学解析式;结合Ansys Workbench有限元仿真软件,建立了定位系统虚拟仿真模型,对比分析了理论值与仿真值,揭示了柔性定位平台理论模型的正确性。(3)研究了柔性定位系统迟滞、参数识别与闭环控制策略:采用非线性动力学理论,探讨了迟滞基本原理,确定了定位系统Bouc-Wen迟滞数学模型,在线识别了迟滞模型参数,定量分析了Bouc-Wen模型精度,提出了逆迟滞模型误差补偿方法,抑制了定位系统迟滞非线性输出。根据自动控制原理,设计了PID前馈闭环控制器,建立了定位系统虚拟仿真模型,获得了优良的系统动态响应特性,揭示了闭环控制策略的有效性。(4)研究了柔性定位系统实验测试与分析评价:结合现代制造技术,探讨了电火花线切割技术加工制造定位平台的可行性,搭建了柔性定位系统实验装置,测试并分析评价了定位系统迟滞特性、位移分辨率、重复定位精度、线性度、轴间耦合误差、动态响应、工作行程等性能指标,验证了柔性定位系统结构设计、分析与制造方法的正确性及可行性,实现了预期设计目标。